CN108508033B - 一种大坝面板外观缺陷及内部质量的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大坝面板外观缺陷及内部质量的检测系统及方法，所述系统包括移动基台模块、缺陷探测模块、无线传输模块、远程控制模块；所述缺陷探测模块和无线传输模块装载在所述移动基台模块上，所述远程控制模块通过无线传输模块远程操控移动基台模块、缺陷探测模块；所述方法先是利用3D高清摄像组对大坝面板进行高清拍摄，经后台分析，对缺陷进行初步预估，根据预估结果，选择是否使用地质雷达对坝面板进行脱空检测，结合高清图像检测结果，可给出缺陷的演变预测。总之，本发明功能多样，节约检测时间，并提高检测精度和效率。

Description

一种大坝面板外观缺陷及内部质量的检测方法

技术领域

本发明属于水工混凝土无损检测技术领域，具体涉及一种大坝面板外观缺陷及内部质量的检测系统及方法。

背景技术

面板堆石坝距今有100多年的历史，据不完全统计，现在国内外已建、在建的面板坝有600多座，其中中国有300多座。堆石面板坝经常出现坝体变形大，面板出现不同程度裂缝，包括纵向裂缝、横向裂缝及干缩网状裂缝等。裂缝产生的原因主要跟河床覆盖层厚度、筑坝材料、施工因素、水库蓄水影响等，但是裂缝的危害是显而易见的。裂缝出现导致面板破损和库水渗漏，严重的会导致垮坝。因此，面板的外观缺陷(裂缝、破损、渗漏等)和下部堆石体的填筑质量对工程的安全运行显得尤为重要。目前的检测手段主要靠工人在面板上靠肉眼识别及皮尺测量，工作效率低，受人为因素影响较大。

现有技术中常用红外检测技术对混凝土结构进行无损检测，红外无损检测是测量通过物体的热量和热流来鉴定该物体质量的一种方法，当物体内部存在裂缝和缺陷时，它将改变物体的热传导，使物体表面温度分布产生差别，利用红外成像仪测量它的不同热辐射，可以确定物体的缺陷位置，以达到检测缺陷的目的。利用红外热成像法，可以灵敏地探测到导热系数小，表面热辐射率大的混凝土材料的红外辐射。当混凝土结构存在某种缺陷时，由于缺陷类型形态及分布不同造成材料导热系数、质量热容性能的局部变化而影响红外辐射量，直接导致表面温度发生变化，使热像图上出现温差等异样。当有缺陷的混凝土受到太阳辐射时，有缺陷的混凝土结构由于缺陷的存在，大量的空气混入，与密实部位相比，热流传入受到阻碍，造成表层温度升高而在红外热像上出现“热斑”，其范围和程度反映了该部位的受害程度及范围。但是对于大坝面板这样高度高、面积大的斜面结构，红外线检测效率存在较低下，不能够做到全面监测。

发明内容

针对以上存在的技术问题，本发明提供一种大坝面板外观缺陷及内部质量的检测系统及方法。

本发明的技术方案为：一种大坝面板外观缺陷及内部质量的检测系统，包括移动基台模块、缺陷探测模块、无线传输模块、远程控制模块；所述缺陷探测模块和无线传输模块装载在所述移动基台模块上，所述远程控制模块通过无线传输模块远程操控移动基台模块、缺陷探测模块；

所述移动基台模块包括轮式车、旋转升降云台、遥控驱动器，所述旋转升降云台固定在所述轮式车上，所述遥控驱动器安装在轮式车的内底部，并通过无线遥控信号与远程控制模块相连；

所述缺陷探测模块包括3D高清相机组和地质检测雷达，所述3D高清相机组包括左眼相机、右眼相机和同步校正器，左眼相机、右眼相机采用CCD高清工业相机，所述左眼相机和右眼相机水平并排安装在旋转升降云台的顶部，所述同步校正器连接在左眼相机和右眼相机的下方，所述地质检测雷达安装在轮式车的前端底部；

所述无线传输模块包括中继盒和天线，所述中继盒安装在旋转升降云台的底部，所述天线连接在中继盒外部，中继盒内部包括接收单元、输入信号调节单元、输出信号增强单元，所述接收单元与分别3D高清相机组和地质检测雷达电性连接，用于接收从3D高清相机组采集的图像信号或从地质检测雷达采集的反射电磁波信号；所述输入信号调节单元与接收单元相连，用于将超出范围的所述图像信号或反射电磁波信号进行调整；所述输出信号增强单元的输入端与输入信号调节单元相连，输出信号增强单元的输出端与天线相连，用于将经输入信号调节单元调整后的信号进行扩展处理后通过天线发送至远程控制模块；

所述远程控制模块包括中央控制单元、信号收发单元、图像处理单元、3D 合成单元、电磁波信号处理单元、数据检测处理单元、定位显示单元、统计存储单元、分析评估单元；所述中央控制单元通过所述信号收发单元分别向遥控驱动器和无线传输模块传输指令；信号收发单元还用于接收由无线传输模块发送的图像信号或反射电磁波信号；所述图像处理单元用于将从3D高清相机组中的所述左眼相机和右眼相机分别采集的图像进行分析处理；所述3D合成单元用于将处理后的图像进行过滤、除杂、拼接生成3D法向图；所述电磁波信号处理单元用于将从地质检测雷达采集的反射电磁波信号进行转化，得到电磁波数据；所述数据检测处理单元用于对所述3D法向图或电磁波数据进行分析与处理，分别得到缺陷相关数据或面板内部数据；所述定位显示单元用于进行坐标系建立及将所述缺陷相关数据进行参数化标记显示；所述统计存储单元用于存储历史数据；所述分析评估单元用于将现测数据与所述历史数据进行比对进行差异分析，并得出分析结果及演变预测。

进一步地，所述移动基台模块还包括照明灯组，所述照明灯组包括远光灯和近光灯，所述远光灯设置在所述旋转升降云台的上部前侧，所述近光灯设置在所述轮式车的前端。

进一步地，所述左眼相机和右眼相机与所述旋转升降云台顶部之间通过三轴防抖平台连接，可以使相机在移动过程中保持稳定，提高图像的原始质量。

进一步地，所述左眼相机和右眼相机之间的间距为45-60mm，夹角为35-50 度，相较于单相机拍摄，构成一定距离和夹角的双相机同步拍摄能够在后期合成 3D效果图，仿真度更高。

进一步地，所述参数化包括缺陷的类型、长度、宽度、面积和走向。

进一步地，所述分析评估单元得出的分析结果以表格、条形图、柱状图或饼状图形式显示，得出的演变预测以折线图或晕渲图显示。

一种大坝面板外观缺陷及内部质量的检测方法，所述方法包括以下步骤：

S1：利用所述定位显示单元建立参考坐标系，确定起始监测点，利用卷扬设备将所述轮式车移动至相对大坝面板上，调节所述旋转升降云台和三轴防抖平台至左眼相机和右眼相机的镜头垂直于大坝面板1.0-3.0m；

S2：所述远程控制模块通过所述无线传输模块无线连接所述移动基台模块，远程操控所述遥控驱动器带动轮式车在大坝面板上进行平移运动，同时所述3D 高清相机组在从所述起始监测点开始，对大坝面板进行上下S型同步扫描拍摄，扫描方法为：首次检测时进行全面扫描，非首次检测时进行全面或局部扫描；

S3：将由3D高清相机组中的所述左眼相机和右眼相机分别采集图像信号，经所述无线传输模块进行调节、增强后，通过所述天线发送至远程控制模块，所述图像信号经所述图像处理单元转化为多帧图像数据；所述多帧图像数据再经所述3D合成单元过滤、除杂、拼接生成3D法向图；所述数据检测处理单元对所述 3D法向图进行缺陷分析，若没有发现缺陷则继续进行扫描拍摄；若发现缺陷，则根据3D法向图分析并生成缺陷相关数据；再利用所述定位显示单元对所述缺陷相关数据进行参数化，显示缺陷的类型、长度、宽度、面积和走向，并标记相对坐标；然后记录到所述统计存储单元，再通过所述分析评估单元检测是否为新缺陷数据，若是，给出初次分析评分，并存储到所述统计存储单元；若不是，则与统计存储单元内的历史数据进行比对，给出对比分析评分；

S4：缺陷探测完毕后，参考分析评分，选择是否进行脱空检测，选择是，则利用坝面上的卷扬设备将所述轮式车吊装至大坝面板，在大坝面板底部、需要脱空检测的缺陷周围，利用所述地质检测雷达发送特定频率电磁波信号，反射回的电磁波信号经无线传输模块调节、增强后通过天线发送至远程控制模块；再经电磁波信号处理单元进行转化，得到电磁波数据，通过数据检测处理单元对电磁波数据进行分析处理，通过分析评估单元结合所述缺陷相关数据给出演变预测。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明采用轮式车搭载旋转升降云台，利用高清工业相机在大板面板正上方进行摄像，可远距离操作，无需人工攀爬；

(2)本发明采用3D高清摄像组对大坝面板进行高清拍摄，经无线传输至后台进行合成处理，可得到3D图像，缺陷更加立体，仿真度更高；

(3)本发明的轮式车还配备了地质雷达，通过坝面上的卷扬设备进行控制，将本发明的轮式车起吊到大坝面板上，通过选取合适频率的地质雷达天线，对面板下部堆石体或填筑体的填筑质量、面板内部的钢筋分布情况进行无损检测，达到脱空检测的目的。结合高清图像检测结果，可给出缺陷的演变预测，便于防控。

总之，本发明实现了多功能综合快速检测，节约检测时间，提高检测精度和效率，是水工行业无损检测的新方法。通过本发明，可以快速准确的识别面板的缺陷类型、位置，通过地质雷达可以准确检测评估面板本体和下伏填筑体的质量，是一种快速有效的无损检测手段，可以为后期的安全评估和修补加固提供科学准确的依据。

附图说明

图1是本发明的系统框图；

图2是本发明的工作流程图。

其中，1-移动基台模块、10-轮式车、11-旋转升降云台、12-遥控驱动器、13- 照明灯组、131-远光灯、132-近光灯、2-缺陷探测模块、20-3D高清相机组、201- 左眼相机、202-右眼相机、203-同步校正器、204-三轴防抖平台、21-地质检测雷达、3-无线传输模块、30-中继盒、300-接收单元、301-输入信号调节单元、302- 输出信号增强单元、31-天线、4-远程控制模块、40-中央控制单元、41-信号收发单元、42-图像处理单元、43-3D合成单元、44-电磁波信号处理单元、45-数据检测处理单元、46-定位显示单元、47-统计存储单元、48-分析评估单元。

具体实施方式

下面通过本发明的一个较优的实施例，来对本发明的具体实施方式作具体说明，但本发明的实施和保护不限于此。

如图1所示，一种大坝面板外观缺陷及内部质量的检测系统，包括移动基台模块1、缺陷探测模块2、无线传输模块3、远程控制模块4；缺陷探测模块2 和无线传输模块3装载在移动基台模块1上，远程控制模块4通过无线传输模块 3远程操控移动基台模块1、缺陷探测模块2；

移动基台模块1包括轮式车10、旋转升降云台11、遥控驱动器12，旋转升降云台11固定在轮式车10上，遥控驱动器12安装在轮式车10的内底部，并通过无线遥控信号与远程控制模块4相连；移动基台模块1还包括照明灯组13，照明灯组13包括远光灯131和近光灯132，远光灯131设置在旋转升降云台11 的上部前侧，近光灯132设置在轮式车10的前端。

缺陷探测模块2包括3D高清相机组20和地质检测雷达21，3D高清相机组 20包括左眼相机201、右眼相机202和同步校正器203，左眼相机201、右眼相机202采用CCD高清工业相机，左眼相机201和右眼相机202水平并排安装在旋转升降云台11的顶部，左眼相机201和右眼相机202与旋转升降云台11顶部之间通过三轴防抖平台204连接，可以使相机在移动过程中保持稳定，提高图像的原始质量。同步校正器203连接在左眼相机201和右眼相机202的下方，地质检测雷达21安装在轮式车10的前端底部；

无线传输模块3包括中继盒30和天线31，中继盒30安装在旋转升降云台 11的底部，天线31连接在中继盒30外部，中继盒30内部包括接收单元300、输入信号调节单元301、输出信号增强单元302，接收单元300与分别3D高清相机组20和地质检测雷达21电性连接，用于接收从3D高清相机组20采集的图像信号或从地质检测雷达21采集的反射电磁波信号；输入信号调节单元301与接收单元300相连，用于将超出范围的图像信号或反射电磁波信号进行调整；输出信号增强单元302的输入端与输入信号调节单元301相连，输出信号增强单元 302的输出端与天线31相连，用于将经输入信号调节单元301调整后的信号进行扩展处理后通过天线31发送至远程控制模块4；

远程控制模块4包括中央控制单元40、信号收发单元41、图像处理单元42、 3D合成单元43、电磁波信号处理单元44、数据检测处理单元45、定位显示单元 46、统计存储单元47、分析评估单元48；中央控制单元40通过信号收发单元 41分别向遥控驱动器12和无线传输模块3传输指令；信号收发单元41还用于接收由无线传输模块3发送的图像信号或反射电磁波信号；图像处理单元42用于将从3D高清相机组20中的左眼相机201和右眼相机202分别采集的图像进行分析处理；3D合成单元43用于将处理后的图像进行过滤、除杂、拼接生成3D法向图；电磁波信号处理单元44用于将从地质检测雷达21采集的反射电磁波信号进行转化，得到电磁波数据；数据检测处理单元45用于对3D法向图或电磁波数据进行分析与处理，分别得到缺陷相关数据或面板内部数据；定位显示单元 46用于进行坐标系建立及将缺陷相关数据进行参数化缺陷的类型、长度、宽度、面积和走向标记显示；统计存储单元47用于存储历史数据；分析评估单元48 用于将现测数据与历史数据进行比对进行差异分析，并得出分析结果及演变预测。分析评估单元得出的分析结果以表格、条形图、柱状图或饼状图形式显示，得出的演变预测以折线图或晕渲图显示。

进一步地，左眼相机201和右眼相机202与旋转升降云台11顶部之间通过三轴防抖平台204连接，可以使相机在移动过程中保持稳定，提高图像的原始质量。

进一步地，左眼相机201和右眼相机202之间的间距为50mm，夹角为40度，相较于单相机拍摄，构成一定距离和夹角的双相机同步拍摄能够在后期合成3D 效果图，仿真度更高。

如图2所示，一种大坝面板外观缺陷及内部质量的检测方法，方法包括以下步骤：

S1：利用定位显示单元46建立参考坐标系，确定起始监测点，利用卷扬设备将轮式车10移动至相对大坝面板上，调节旋转升降云台11和三轴防抖平台 204至左眼相机201和右眼相机202的镜头垂直于大坝面板1.0-3.0m；

S2：远程控制模块4通过无线传输模块3无线连接移动基台模块1，远程操控遥控驱动器12带动轮式车10在大坝面板上进行平移运动，同时3D高清相机组20在从起始监测点开始，对大坝面板进行上下S型同步扫描拍摄，扫描方法为：首次检测时进行全面扫描，非首次检测时进行全面或局部扫描；

S3：将由3D高清相机组20中的左眼相机201和右眼相机202分别采集图像信号，经无线传输模块3进行调节、增强后，通过天线31发送至远程控制模块 4，图像信号经图像处理单元42转化为多帧图像数据；多帧图像数据再经3D合成单元43过滤、除杂、拼接生成3D法向图；数据检测处理单元45对3D法向图进行缺陷分析，若没有发现缺陷则继续进行扫描拍摄；若发现缺陷，则根据3D 法向图分析并生成缺陷相关数据；再利用定位显示单元46对缺陷相关数据进行参数化，显示缺陷的类型、长度、宽度、面积和走向，并标记相对坐标；然后记录到统计存储单元47，再通过分析评估单元48检测是否为新缺陷数据，若是，给出初次分析评分，并存储到统计存储单元47；若不是，则与统计存储单元47 内的历史数据进行比对，给出对比分析评分；

S4：缺陷探测完毕后，参考分析评分，选择是否进行脱空检测，选择是，则利用坝面上的卷扬设备将轮式车10吊装至大坝面板，在大坝面板底部、需要脱空检测的缺陷周围，利用地质检测雷达21发送特定频率电磁波信号，反射回的电磁波信号经无线传输模块3调节、增强后通过天线发送至远程控制模块4；再经电磁波信号处理单元44进行转化，得到电磁波数据，通过数据检测处理单元45对电磁波数据进行分析处理，通过分析评估单元48结合缺陷相关数据给出演变预测。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种大坝面板外观缺陷及内部质量的检测方法，所述检测方法采用大坝面板外观缺陷及内部质量的检测系统进行检测，所述大坝面板外观缺陷及内部质量的检测系统包括移动基台模块（1）、缺陷探测模块（2）、无线传输模块（3）、远程控制模块（4）；所述缺陷探测模块（2）和无线传输模块（3）装载在所述移动基台模块（1）上，所述远程控制模块（4）通过无线传输模块（3）远程操控移动基台模块（1）、缺陷探测模块（2）；其特征在于：

所述移动基台模块（1）包括轮式车（10）、旋转升降云台（11）、遥控驱动器（12），所述旋转升降云台（11）固定在所述轮式车（10）上，所述遥控驱动器（12）安装在轮式车（10）的内底部，并通过无线遥控信号与远程控制模块（4）相连；

所述缺陷探测模块（2）包括3D高清相机组（20）和地质检测雷达（21），所述3D高清相机组（20）包括左眼相机（201）、右眼相机（202）和同步校正器（203），所述左眼相机（201）和右眼相机（202）水平并排安装在旋转升降云台（11）的顶部，所述同步校正器（203）连接在左眼相机（201）和右眼相机（202）的下方，所述地质检测雷达（21）安装在轮式车（10）的前端底部；

所述无线传输模块（3）包括中继盒（30）和天线（31），所述中继盒（30）安装在旋转升降云台（11）的底部，所述天线（31）连接在中继盒（30）外部，中继盒（30）内部包括接收单元（300）、输入信号调节单元（301）、输出信号增强单元（302），所述接收单元（300）分别与3D高清相机组（20）和地质检测雷达（21）电性连接，用于接收从3D高清相机组（20）采集的图像信号或从地质检测雷达（21）采集的反射电磁波信号；所述输入信号调节单元（301）与接收单元（300）相连，用于将超出范围的所述图像信号或反射电磁波信号进行调整；所述输出信号增强单元（302）的输入端与输入信号调节单元（301）相连，输出信号增强单元（302）的输出端与天线（31）相连，用于将经输入信号调节单元（301）调整后的信号进行扩展处理后通过天线（31）发送至远程控制模块（4）；

所述远程控制模块（4）包括中央控制单元（40）、信号收发单元（41）、图像处理单元（42）、3D合成单元（43）、电磁波信号处理单元（44）、数据检测处理单元（45）、定位显示单元（46）、统计存储单元（47）、分析评估单元（48）；所述中央控制单元（40）通过所述信号收发单元（41）分别向遥控驱动器（12）和无线传输模块（3）传输指令；信号收发单元（41）还用于接收由无线传输模块（3）发送的图像信号或反射电磁波信号；所述图像处理单元（42）用于将从3D高清相机组（20）中的所述左眼相机（201）和右眼相机（202）分别采集的图像进行分析处理；所述3D合成单元（43）用于将处理后的图像进行过滤、除杂、拼接生成3D法向图；所述电磁波信号处理单元（44）用于将从地质检测雷达（21）采集的反射电磁波信号进行转化，得到电磁波数据；所述数据检测处理单元（45）用于对所述3D法向图或电磁波数据进行分析与处理，分别得到缺陷相关数据或面板内部数据；所述定位显示单元（46）用于进行坐标系建立及将所述缺陷相关数据进行参数化标记显示；所述统计存储单元（47）用于存储历史数据；所述分析评估单元（48）用于将现测数据与所述历史数据进行比对进行差异分析，并得出分析结果及演变预测；

所述移动基台模块（1）还包括照明灯组（13），所述照明灯组（13）包括远光灯（131）和近光灯（132），所述远光灯（131）设置在所述旋转升降云台（11）的上部前侧，所述近光灯（132）设置在所述轮式车（10）的前端；

所述左眼相机（201）和右眼相机（202）与所述旋转升降云台（11）顶部之间通过三轴防抖平台（204）连接；所述左眼相机（201）和右眼相机（202）之间的间距为45-60mm，夹角为35-50度；

所述参数化包括缺陷的类型、长度、宽度、面积和走向；

所述检测方法具体包括以下步骤：

S1：利用所述定位显示单元（46）建立参考坐标系，确定起始监测点，利用卷扬设备将所述轮式车（10）移动至相对大坝面板上，调节所述旋转升降云台（11）和三轴防抖平台（204）至左眼相机（201）和右眼相机（202）的镜头垂直于大坝面板1.0-3.0m；

S2：所述远程控制模块（4）通过所述无线传输模块（3）无线连接所述移动基台模块（1），远程操控所述遥控驱动器（12）带动轮式车（10）在大板面板上进行平移运动，同时所述3D高清相机组（20）在从所述起始监测点开始，对大坝面板进行上下S型同步扫描拍摄，扫描方法为：首次检测时进行全面扫描，非首次检测时进行全面或局部扫描；

S3：将由3D高清相机组（20）中的所述左眼相机（201）和右眼相机（202）分别采集图像信号，经所述无线传输模块（3）进行调节、增强后，通过所述天线（31）发送至远程控制模块（4），所述图像信号经所述图像处理单元（42）转化为多帧图像数据；所述多帧图像数据再经所述3D合成单元（43）过滤、除杂、拼接生成3D法向图；所述数据检测处理单元（45）对所述3D法向图进行缺陷分析，若没有发现缺陷则继续进行扫描拍摄；若发现缺陷，则根据3D法向图分析并生成缺陷相关数据；再利用所述定位显示单元（46）对所述缺陷相关数据进行参数化，显示缺陷的类型、长度、宽度、面积和走向，并标记相对坐标；然后记录到所述统计存储单元（47），再通过所述分析评估单元（48）检测是否为新缺陷数据，若是，给出初次分析评分，并存储到所述统计存储单元（47）；若不是，则与统计存储单元（47）内的历史数据进行比对，给出对比分析评分；

S4：缺陷探测完毕后，参考分析评分，选择是否进行脱空检测，选择是，则利用坝面上的卷扬设备将所述轮式车（10）吊装至大坝面板，在大坝面板底部、需要脱空检测的缺陷周围，利用所述地质检测雷达（21）发送特定频率电磁波信号，反射回的电磁波信号经无线传输模块（3）调节、增强后通过天线发送至远程控制模块（4）；再经电磁波信号处理单元（44）进行转化，得到电磁波数据，通过数据检测处理单元（45）对电磁波数据进行分析处理，通过分析评估单元（48）结合所述缺陷相关数据给出演变预测。

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