CN106871872A - 建（构）筑物变形、位移及损伤集群成像物联监测法 - Google Patents

建（构）筑物变形、位移及损伤集群成像物联监测法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种建(构)筑物变形、位移及损伤集群成像物联监测法，其原理是在观测结构外设立一个原始基准点，以原始基准点观测下一测点的变形，修正该测点相对位移量后,以该测点作为第一传递基准点观测后续一组监测点的变形；修正一组测点相对位移量后，再以其中一测点为第二传递基准点观测再后续一组监测点的变形；基准点依次传递，以此类推，实现集群化观测。本发明利用监测信息传递及修正的方式，实现了监测的集群物联，更快速有效；一次性安置成像设备和光标尺，减少监测过程中的误差；可直接选取监测对象上的某一点作为监测点，无需安放光标尺，从而实现对不可接触建(构)筑物的监测。

Description

建(构)筑物变形、位移及损伤集群成像物联监测法
技术领域
本发明涉及对既有和在建建(构)筑物的变形监测，主要为沉降变形监测，水平位移监测及外观损伤发展情况监测技术领域。
背景技术
随着已建和在建建(筑)物的增多和近年来高发的建筑物倒塌事件，使得对建筑物的安全监测和可靠性评价越来越受到重视。国家“十三五”课题组也将建立既有工业建筑结构可靠性评价及全寿命评价关键技术列入专项课题。而建筑物可靠性评价中对建筑物的变形监测和测量尤为重要。目前建筑物变形监测常用手段为采用经纬仪、水准仪、测距仪及全站仪等测量仪器测定测点的位移量。此类手段能够提供建筑物的整体变形状态，确定其变形范围和位移量。但其布点受地形条件等影响较大，对不可通视观测点需增加多个基准点并加以保护，外业工作量大，需要人工监测，在监测过程中易出现人为误差。且后期数据处理工作量较大。随着近年GPS和智能型全站仪监测技术的出现，变形监测逐渐趋于实时化、动态监测。其中GPS具有全天候、高速度、自动化、测站间无需通视、可同时测定三维坐标及精度高等优点，但GPS接收机受卫星信号被遮挡及多路径效应的影响大；GPS动态变形监测精度较低，无法达到动态微量变形监测，且数据误差来源多，数据较难处理。目前两种监测手段都有成本较高和监测精度无法保证的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种建(构)筑物变形、位移及损伤集群成像物联监测法，以解决如下技术问题：通过安装在基准点处的高倍率放大成像设备，对建筑物上固定的高精度光标尺进行图像监测采集，采用图像数字处理技术分析采集的高精度光标尺相对位移量从而实现高精度测量；修正与原始基准点相邻监测点的位移量，以该点作为新的基准点，基准点依次传递，实现集群监测；在高倍率放大成像设备上集成无线收发装置，实现无线高频率和无人化监测。
为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下。
一种建(构)筑物变形、位移及损伤集群成像物联监测法，其步骤如下：
(1)确定基准点及监测点：根据监测要求、监测条件及相关规范，确定监测点布控网络，明确基准点、监测点和传递点位置；
在观测结构外设立一个原始基准点并加以保护，以原始基准点观测下一测点的变形，修正该测点相对位移量后,以该测点作为第一传递基准点观测后续一组监测点的变形；修正一组测点相对位移量后，再以其中一测点为第二传递基准点观测再后续一组监测点的变形；基准点依次传递，以此类推，利用基准点的传递实现集群监测；
(2)光标尺安装：在各监测点处安装带刻度的光标尺；
(3)安装成像设备：在原始基准点和各传递基准点处安装20倍以上的放大成像设备；
(4)图像采集：通过无线网络控制成像设备工作，实时记录被测光标尺或监测点的变化信息，将采集的图像进行整理储存；
(5)图像数字化处理：通过图像数字化处理分析采集的图像，得到被测点位移、变形和损伤状况；
在无线通讯接收采集的数据图像信号后，通过软件进行极轴计算，对其极轴坐标分析，自动整合数据，转化为数字信号，得出成像设备标尺中心的位移量及位移方向，从而得到该观测点的主要包括相对位移、角度、裂缝宽度信息，并判断是否满足相关规范的要求，从而进行损伤监测，实时检测建筑设施的安全性。
一种建(构)筑物变形、位移及损伤集群成像物联监测法，所述的光标尺为监测用的辅助监测仪器，其尺寸为10×10cm的田子格结构，用于监测参照。
一种建(构)筑物变形、位移及损伤集群成像物联监测法，其中所述的成像设备为长焦高倍率工业相机，该相机具备如下参数：35倍光学变焦、1600万有效像素、镜头焦距4.5-157.5mm、光圈3.0-5.9，并且具有光学防抖，自动对焦功能；相机内置储存卡，内存卡附带无线传输功能，相机内置一块锂电池。
一种建(构)筑物变形、位移及损伤集群成像物联监测法，所述的成像设备为长焦高倍率工业相机上有太阳能充电接口；太阳能充电采用独立模块，功率10W以上，容量20000mAh。
一种建(构)筑物变形、位移及损伤集群成像物联监测法，所述图像数字化处理为具备亚象素边缘及线提取、亚象素轮廓处理、边缘位置测量、Blob分析、图像分割、几何变换和2维定标功能的软件。
本发明的优点及积极效果如下：
(1)通过原始基准点对相邻监测点进行位移量修正，再以被修正后的监测点作为新的基准点，基准点依次传递，进而实现集群化监测；
(2)将摄像技术引入建(构)筑物监测中，大大增加了监测数据的精度，从而更切实的掌握建(构)筑物的变形、位移及损伤情况。
(3)一次性设置成像监测点和光标尺，摒弃依靠测量人员大量外业工作和室内数据处理分析的传统监测方法，大大降低成本，提高工作效率；
(4)通过成像设备一对一采集光标尺相对位移图像，采用专用图像处理软件对标尺图像进行极轴坐标分析、自动整合数据，避免人为操作造成的误差，实现高精度监测；
(5)一次性安置监测点和光标尺后，即可采用无线传输，对存在安全隐患的建(构)筑物，监测人员可远离危险源，保证工作人员安全；
附图说明
图1是本发明的原理示意图。
图2是第一传递基准点B1放大示意图。
图3是第二传递基准点B5放大示意图。
图4是第三传递基准点B9放大示意图。
图5是光标尺成像示意图。
具体实施方式
本发明的集群式监测系统如图1所示，包括：变形监测原始基准点C1、第一传递基准点B1、第二传递基准点B5、第三传递基准点B9……、损伤监测基准点S1、损伤观测点S1＇。
如图2、3、4、5所示，以原始基准点C1观测测点B1的变形，修正B1点相对位移量后,以B1点作为第一传递基准点观测监测点B2、B3、B4和B5的变形；修正B5点相对位移量后，再以B5点为第二传递基准点观测监测点B6、B7、B8和B9的变形；修正B9点相对位移量后，再以B9点为第三基准点观测下一建筑物的变形，基准点依次传递，实现集群化观测。如图5所示光标尺上成像设备初始位置为a，第二次监测照片上成像设备标尺中心位置为a′，通过软件进行极轴计算可得出成像设备标尺中心的位移量及位移方向，从而得到该观测点的位移量及位移方向。以损伤监测基准点S1观测损伤点S1＇处的裂缝或损伤发展状况。
结合附图本技术实施具体包括以下步骤：
(1)确定基准点及监测点：根据监测要求、现场监测条件及相关规范，确定监测点布控网络，明确变形监测原始基准点为C1、监测点为B1-Bn、传递基准点为B1、B5、B9……、损伤监测基准点为S1、损伤观测点为S1＇；
(2)光标尺安装：根据监测方案，在监测点处安装带刻度的光标尺B1-Bn；
(3)安装成像设备：在原始基准点C1处安装成像设备C1，损伤成像设备S1，第一传递基准点B1处安装成像设备C2、C3、C4、C5，第二传递基准点B5处安装成像设备C6、C7、C8、C9，第三传递基准点B9处安装成像设备C10、C11、C12、C13……；
(4)图像采集：通过成像设备工作，在正式观测前记录所有成像设备标尺中心点在光标尺上的初始位置图像，以此位置图像作为被监测点的初始点位，以后监测过程中实时采集监测点的信息或点位关系图像，对损伤监测在正式观测前记录观测点处损伤图片，以后监测过程中实时采集监测点的损伤图片；
(5)图像数字化处理：通过图像处理软件分析采集的图像，对比被监测点的初始位置图像和监测过程中采集的点位关系图像，分析得到该监测点的位移量、位移方向和损伤状况。
在无线通讯接收采集的数据图像信号后，通过软件进行极轴计算，对其极轴坐标分析，自动整合数据，转化为数字信号，得出成像设备标尺中心的位移量及位移方向，从而得到该观测点的主要包括相对位移、角度、裂缝宽度信息，并判断是否满足相关规范的要求，从而进行损伤监测，实时检测建筑设施的安全性。
上述图像处理软件，可以使用现有的，例如德国的专用图像处理软件Halcon，其具备亚象素边缘及线提取、亚象素轮廓处理、边缘位置测量、Blob分析、图像分割、几何变换、2维定标等强大功能。该软件将收集的图像对其极轴坐标分析，自动整合数据，转化为数字信号，通过数字信息来分析判断监测点的相对位移，角度，裂缝宽度等信息是否满足相关规范的要求，从而判断建筑设施的安全性。

Claims (5)

1.一种建(构)筑物变形、位移及损伤集群成像物联监测法，其步骤如下：
(1)确定基准点及监测点：根据监测要求、监测条件及相关规范，确定监测点布控网络，明确基准点、监测点和传递点位置；
在观测结构外设立一个原始基准点并加以保护，以原始基准点观测下一测点的变形，修正该测点相对位移量后,以该测点作为第一传递基准点观测后续一组监测点的变形；修正一组测点相对位移量后，再以其中一测点为第二传递基准点观测再后续一组监测点的变形；基准点依次传递，以此类推，利用基准点的传递实现集群监测；
(2)光标尺安装：在各监测点处安装带刻度的光标尺；
(3)安装成像设备：在原始基准点和各传递基准点处安装20倍以上的放大成像设备；
(4)图像采集：通过无线网络控制成像设备工作，实时记录被测光标尺或监测点的变化信息，将采集的图像进行整理储存；
(5)图像数字化处理：通过图像数字化处理分析采集的图像，得到被测点位移、变形和损伤状况；
在无线通讯接收采集的数据图像信号后，通过软件进行极轴计算，对其极轴坐标分析，自动整合数据，转化为数字信号，得出成像设备标尺中心的位移量及位移方向，从而得到该观测点的主要包括相对位移、角度、裂缝宽度信息，并判断是否满足相关规范的要求，从而进行损伤监测，实时检测建筑设施的安全性。
2.根据权利要求1所述的一种建(构)筑物变形、位移及损伤集群成像物联监测法，所述的光标尺为监测用的辅助监测仪器，其尺寸为10×10cm的田子格结构，用于监测参照。
3.根据权利要求1所述的一种建(构)筑物变形、位移及损伤集群成像物联监测法，其特征在于，其中所述的成像设备为长焦高倍率工业相机，该相机具备如下参数：35倍光学变焦、1600万有效像素、镜头焦距4.5-157.5mm、光圈3.0-5.9，并且具有光学防抖，自动对焦功能；相机内置储存卡，内存卡附带无线传输功能，相机内置一块锂电池。
4.根据权利要求3所述的一种建(构)筑物变形、位移及损伤集群成像物联监测法，其特征在于，所述的成像设备为长焦高倍率工业相机上有太阳能充电接口；太阳能充电采用独立模块，功率10W以上，容量20000mAh。
5.根据权利要求1所述的一种建(构)筑物变形、位移及损伤集群成像物联监测法，其特征在于，所述图像数字化处理为具备亚象素边缘及线提取、亚象素轮廓处理、边缘位置测量、Blob分析、图像分割、几何变换和2维定标功能的软件。
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