CN105526909B - 一种基于图像识别原理的沉降检测方法和装置 - Google Patents

一种基于图像识别原理的沉降检测方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种基于图像识别原理的沉降检测方法，设置装有液体的检测容器并使得检测容器内的液位与沉降面的高度相关，检测容器内的液位随着沉降面的高度变化而改变；采集检测容器内的液位图像并加以识别，通过比较检测容器内的前后液位的图像获得沉降面相对于基准面的沉降量。本发明还公开了一种实现上述方法的检测装置，包括设置于基准面处基准储液罐、设置于沉降面处检测容器、基准储液罐和检测容器内液体，以及连接基准储液罐和检测容器的连通管；检测容器上方设有敏感装置和测量装置；本发明尤其适用于建筑物沉降检测，具有快速、稳定、精度高等优点，能够实现建筑物沉降实时在线检测的装置和方法，以保证建筑物施工和使用过程中的安全。

Description

一种基于图像识别原理的沉降检测方法和装置
技术领域
本发明属于土木工程领域，涉及建筑物沉降检测方法和装置，尤其是基于静力水准仪沉降测量的方法和装置。
背景技术
建筑物提供社会生产、生存和发展的空间环境，由于地质条件、大气环境、建筑物载荷影响，导致建筑物在施工和使用过程中产生垂直沉降和变形，为了确保人身和财产安全，对建筑物沉降实时在线检测十分重要。
当前，建筑物沉降检测主要采用几何水准测量，这需要利用仪器建立一条水平视线，然后读取视线两端的水准标尺刻度，由刻度读数差计算出标尺立尺点的高度差，几何水准测量比较成熟，但是工作效率低，难以实时在线检测，近年来出现的静力水准仪测量建筑物沉降方法，一般采用电子式传感器测量液面位置来监测建筑物沉降，难以满足土木领域的监测需求。
纯机械式测量工具具有测量结果抖动小、数据连续性好、抗干扰能力强、寿命长的优点，但测量和数据读取操作只能人工到现场进行，不能和数据采集系统集成，易用性和实时性差。
传统的电子式测量具有精度高、易集成的优点，但由于电子元件性能容易受到温度干扰，其对电磁干扰、温度干扰的抵抗能力较弱；一般电子元件寿命不超过10年，导致其无法进行长期在线测量；在更换测量工具时，由于新旧测量工具特性的离散性，常会导致测量数据无法衔接。
若能研发一种兼具机械式测量工具和电子式数据测量、采集处理方法优点的方法及装置，将具有显著的工程应用价值。
发明内容
本发明旨在提供一种建筑物沉降检测装置和检测方法，把机械式测量方法和电子式数据采集处理以及人工智能方法结合起来，同时满足土木工程监测领域的精度高、抖动小、寿命长、抗干扰能力强和实时在线监测的要求。
为达到以上目的，本发明的解决方案是：
一种基于图像识别原理的沉降检测方法，设置装有液体的检测容器并使得检测容器内的液位与沉降面的高度相关，检测容器内的液位随着沉降面的高度变化而改变；采集检测容器内的液位图像并加以识别，通过比较检测容器内的前后液位的图像获得沉降面相对于基准面的沉降量。
进一步，包括以下步骤：
1)所述的一种基于图像识别原理的静力水准仪沉降检测装置，在基准面安装好基准储液罐，沉降面安装好检测容器，之间用连通管导通，液体可以自由流动，调节基准面和沉降面处大致同一高度，摄像头采集的计量尺图像，图像识别电路板读取的位置读数即为初始位置。
2)所述的一种基于图像识别原理的静力水准仪沉降检测装置，所述计量尺固定安装在浮球上，可以随着浮球垂直于液面上下移动。
3)所述的一种基于图像识别原理的静力水准仪沉降检测装置，所述摄像头固定在壳体上，计量尺上有满足计量要求的刻度，以及计量位置变化的标记，采集包含标记的图像，即可记录关联的液面变化。
其中，将摄像头或/和计量尺罩起来以屏蔽外部光源；优选的，摄像头自带光源以形成良好的图像采集环境。
一种实现上述方法的沉降检测装置，包括设置于基准面处基准储液罐、设置于沉降面处检测容器、基准储液罐和检测容器内液体，以及连接基准储液罐和检测容器的连通管；检测容器上方设有敏感装置和测量装置；
所述敏感装置包括相互配合的隔板、浮球和包含纯机械测量核心的计量尺；所述测量装置包括相互配合的摄像头、图像识别电路板和电缆。
所述摄像头、计量尺设置有外罩以屏蔽外部光源；优选的，所述摄像头自带光源以形成良好的图像采集环境；
优选的，所述基准储液罐和检测容器内的液体为防冻液；
优选的，连通管采用带保护套的软管。
检测容器的安装底座固定在沉降面上，基准面储液罐的底座固定在基准面上，检测容器和基准面储液罐之间由软管连通，隔板下面的圆筒安装在底座上，其内部分充满液体，浮球部分漂浮在液体中，计量尺固定于浮球上成为一体，使得计量尺能够直接反映液面的变化；圆筒上设有隔板供计量尺穿过；
计量尺、圆筒、底座、浮球、液体组成机械式敏感装置，摄像头固定安装于隔板上方与计量尺相对，以使得指示刻度可以清晰成像并被图像识别电路板所识别，图像识别电路板分析计量尺的图像，获得摄像头所在位置计量尺的读数，隔板上方固定安装避光罩以免外界光源影响清晰成像，摄像头、图像识别电路板和避光罩组成光学电子式测量装置，图像识别电路板上有电缆引出测量装置，外部电子装置通过电缆为测量装置供电和通信，将测量结果导出、传送到相关的系统。
所述隔板为圆板，其中心开一小孔供计量尺穿出，所述隔板固定于圆筒上。
所述摄像头上设有LED补光灯；优选的，传感器除摄像头、电路板、通讯电缆外的组成部件采用不锈钢制作。
所述底座的安装连接方式包括螺栓连接、焊接、铆接或过盈配合；优选的，所述外壳采用耐腐蚀材料制成；优选的，所述耐腐蚀材料包括不锈钢、陶瓷、有机塑料、玻璃或树脂；所述纯机械测量核心包括游标卡尺的刻度、旋转指针式千分表的指针位置及游标卡尺的刻度位置；所述光学成像系统包括CMOS图像传感器、CCD图像传感器；所述摄像头采用凸透镜光学镜头、凹透镜、平面镜、全反射或光波导光学系统；所述自带光源包括红外LED光源、可见光LED光源或白炽灯光源；数据上传接口包括有线通信电缆、无线上传接口或红外上传接口；数据上传方式包括将数据上传到数据采集系统或将数据在传感器上进行显示、记录。
由于采用了上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1.本发明提供了一种适用于建筑物沉降检测，具有快速、稳定、精度高等优点，能够实现建筑物沉降实时在线检测的装置和方法，以保证建筑物施工和使用过程中的安全。
2.由于沉降量检测精度只和直尺的计量刻度有关，替换光学成像系统、图像识别系统和数据上传接口不会影响测量值，因此本发明的传感器可以保证数据的一致性。
3.本发明可以实时在线采集建筑物，提高沉降检测工作效率。
4.直尺计量精度由国家计量监督部门保证，本发明的检测结果具有充分的权威性。
5.本发明采用电子方法识别机械式测量工具的计量结果，便于数据远传。
附图说明
图1为本发明一种实施例静力水准仪沉降检测装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明进一步加以详细说明。
如图1所示，是本发明的一种静力水准仪沉降检测装置的示意图。其中，检测容器安装底座2用螺栓11和12固定在沉降面，基准面储液罐底座1用螺栓13和14固定在基准面，沉降面检测容器和基准面储液罐之间由软管3连通，隔板4下面的圆筒15安装在底座2上，其内部分充满液体10，浮球5部分漂浮在液体10中，计量尺6固定于浮球5上成为一体，使得计量尺6能够直接反映液面的变化。圆筒15上设有隔板4供计量尺6穿过，隔板4是一块圆板，中心开一小孔供计量尺6穿出，隔板4固定于圆筒15上不可上下移动。
计量尺6、圆筒5、底座2、浮球5，液体10组成机械式敏感装置，摄像头7固定安装于隔板4上方与计量尺6相对，以使得指示刻度可以清晰成像并被图像识别电路板8所识别，图像识别电路板8分析计量尺的图像，获得摄像头7所在位置计量尺6的读数，隔板上方固定安装避光圆形罩16以免外界光源影响清晰成像，摄像头7、图像识别电路板8和避光圆形罩16组成光学电子式测量装置，图像识别电路板上有电缆9引出测量装置，外部电子装置通过电缆9为测量装置供电和通信，将测量结果导出、传送到相关的系统。优选的，摄像头7上设有LED补光灯。
传感器除摄像头、电路板、通讯电缆外，整体采用不锈钢制作，保证了其寿命。由于计量尺不含有高应力组件，在很长时间内不会产生蠕变，可以保证其读数的长期稳定性。
电路板和摄像头的平均寿命只有5年，由于本设计中转换到的数值结果和摄像头、电路板无关，因此可以更换摄像头、电路板而不会改变采集到的数值，从而保证了数据的连续性。
本发明的检测方法借助上述检测装置来完成，浮球和计量尺固定连接，通过浮球敏感检测容器的液位，计量尺指示液面位置，摄像头采集计量尺的图像，智能化图像识别系统获得计量尺位置，其变化量可以获得沉降面和基准面之间的高程变化，进而得到建筑物的沉降量，本发明测量精度高、稳定性好，现场安装简单且易于实现自动检测。
基于图像识别原理的静力水准仪沉降检测装置进行沉降检测的方法，包括如下步骤：
1)首先将上述检测容器固定安装在沉降面，基准储液罐安装在基准面，检测装置和基准装置底部液体通过连通管导通，沉降面和基准面的相对位置变化可以由计量尺的读数变化表示。
浮球位置随着液位同步变化，计量尺随着浮球位置同步变化，摄像头固定在检测装置壳体上，液面变化，摄像头采集的图像随之变化。
2)采集包含计量尺的图像，图像识别电路板分析图像，获得图像中心线与直尺垂直相交的位置，并计算出该位置的读数。
3)外部电源通过电缆的电源线为摄像头和图像识别电路板提供电力，外部电子装置通过电缆的数据通信线读取液面位置，记录不同时刻的液面位置，分析液面位置的变化，即可获得建筑物沉降量。
除了上述实施方式，根据具体情况的不同，本发明的具体技术方案还可以包含各种变化，例如：安装底座不采用螺栓而是采用焊接、铆接、过盈配合等方式；外壳不采用不锈钢而是采用陶瓷、有机塑料、玻璃、树脂等其他耐腐蚀材料；外壳不采用圆筒而采用其他形状；纯机械测量核心不采用游标卡尺的刻度而是采用旋转指针式千分表的指针位置、游标卡尺的刻度位置等；光学成像系统不采用CMOS图像传感器而采用CCD图像传感器；不采用凸透镜光学镜头而采用凹透镜、平面镜、全反射、光波导光学系统；不采用红外LED光源而采用可见光LED光源、白炽灯光源；不采用有线通信电缆作为数据上传接口而是采用无线、红外等方式；不将数据上传到数据采集系统而是将数据在传感器上进行显示、记录，等等，此不赘述。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种基于图像识别原理的沉降检测方法，其特征在于：设置装有液体的检测容器并使得检测容器内的液位与沉降面的高度相关，检测容器内的液位随着沉降面的高度变化而改变；采集检测容器内的液位图像并加以识别，通过比较检测容器内的前后液位的图像获得沉降面相对于基准面的沉降量；
1)将所述检测容器固定安装在沉降面上，基准储液罐安装在基准面上，检测装置和基准装置底部液体通过连通管导通，沉降面和基准面的相对位置变化由计量尺的读数变化表示；
浮球位置随着液位同步变化，计量尺随着浮球位置同步变化，摄像头固定在检测装置壳体上；当液面变化，摄像头采集的图像随之变化；
2)采集包含计量尺的图像，图像识别电路板分析图像，获得图像中心线与计量尺相交的位置，并计算出该位置的读数；
3)外部电源通过电缆的电源线为摄像头和图像识别电路板提供电力，外部电子装置通过电缆的数据通信线读取液面位置，记录不同时刻的液面位置，分析液面位置的变化，即可获得建筑物沉降量；
将摄像头或/和计量尺罩起来以屏蔽外部光源；摄像头自带光源以形成良好的图像采集环境。
2.一种实现权利要求1所述方法的沉降检测装置，其特征在于：
包括设置于基准面处基准储液罐(1)、设置于沉降面处检测容器(2)、基准储液罐和检测容器内液体(10)，以及连接基准储液罐(1)和检测容器(2)的连通管(3)；检测容器上方设有敏感装置和测量装置；
所述敏感装置包括相互配合的隔板(4)、浮球(5)和包含纯机械测量核心的计量尺(6)；所述测量装置包括相互配合的摄像头(7)、图像识别电路板(8)和电缆(9)；
检测容器(2)的安装底座固定在沉降面上，基准面储液罐(1)的底座固定在基准面上，检测容器(2)和基准面储液罐(1)之间由连通管(3)连通，隔板(4)下面的圆筒(15)安装在底座上，其内部分充满液体(10)，浮球(5)部分漂浮在液体(10)中，计量尺(6)固定于浮球(5)上与浮球(5)成为一体，使得计量尺(6)能够直接反映液面的变化；圆筒(15)上设有隔板(4)供计量尺(6)穿过；
计量尺(6)、圆筒(15)、底座(2)、浮球(5)，液体(10)组成机械式敏感装置，摄像头(7)固定安装于隔板(4)上方与计量尺(6)相对，以使得指示刻度可以清晰成像并被图像识别电路板(8)所识别，图像识别电路板(8)分析计量尺的图像，获得摄像头(7)所在位置计量尺的读数，隔板上方固定安装避光罩(16)以免外界光源影响清晰成像，摄像头(7)、图像识别电路板(8)和避光罩(16)组成光学电子式测量装置，图像识别电路板上有电缆(9)引出测量装置，外部电子装置通过电缆(9)为测量装置供电和通信，将测量结果导出、传送到相关的系统；
所述摄像头(7)、计量尺(6)设置有外罩以屏蔽外部光源；所述摄像头(7)自带光源以形成良好的图像采集环境。
3.根据权利要求2所述的沉降检测装置，其特征在于：所述基准储液罐和检测容器内的液体(10)为防冻液。
4.根据权利要求2所述的沉降检测装置，其特征在于：连通管(3)采用带保护套的软管。
5.根据权利要求2所述的沉降检测装置，其特征在于：
所述隔板(4)为圆板，其中心开一小孔供计量尺(6)穿出，所述隔板(4)固定于圆筒(15)上。
6.根据权利要求2所述的沉降检测装置，其特征在于：
所述摄像头(7)上设有LED补光灯。
7.根据权利要求6所述的沉降检测装置，其特征在于：所述沉降检测装置除摄像头、电路板、通讯电缆外的组成部件采用不锈钢制作。
8.根据权利要求2所述的沉降检测装置，其特征在于：
所述底座的安装连接方式包括螺栓连接、焊接、铆接或过盈配合。
9.根据权利要求2所述的沉降检测装置，其特征在于：所述沉降检测装置的外壳采用耐腐蚀材料制成。
10.根据权利要求9所述的沉降检测装置，其特征在于：所述耐腐蚀材料包括不锈钢、陶瓷、有机塑料、玻璃或树脂。
11.根据权利要求2所述的沉降检测装置，其特征在于：所述纯机械测量核心包括旋转指针式千分表的指针位置或游标卡尺的刻度位置。
12.根据权利要求2所述的沉降检测装置，其特征在于：所述摄像头(7)包括CMOS图像传感器、CCD图像传感器。
13.根据权利要求2所述的沉降检测装置，其特征在于：所述摄像头采用凸透镜光学镜头、凹透镜、平面镜、全反射光学系统。
14.根据权利要求2所述的沉降检测装置，其特征在于：所述自带光源包括红外LED光源、可见光LED光源或白炽灯光源。
15.根据权利要求2所述的沉降检测装置，其特征在于：数据上传接口包括有线通信电缆、无线上传接口或红外上传接口。
16.根据权利要求2所述的沉降检测装置，其特征在于：数据上传方式包括将数据上传到数据采集系统或将数据在传感器上进行显示、记录。
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