CN109208468B - 一种基于视频分析的桥梁自动检查系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视频分析的桥梁自动检查系统，包括滑轨、监控中心和至少一个检查箱；在桥梁两侧沿其长度方向安装有滑轨，每个滑轨上均安装有检查箱，检查箱内设置有能驱动其在滑轨上移动且能驱动摄像头转动的驱动装置，检查箱上设置有用于接收监控中心发出的控制信号的控制器，检查箱内还设置有信息采集设备和网络传输模块，信息采集设备通过网络传输模块与监控中心相连；所述的监控中心，通过控制器可控制摄像机的前进后退以及俯仰角度，操作摄像机在桥梁底面沿桥梁运动，实时监视桥梁侧面及底面的状况。该基于视频分析的桥梁自动检查系统，摆脱原先的人工监测方式，完全使用智能化监测，利用实时监测到的数据进行第一时间的修补工作。

Description

一种基于视频分析的桥梁自动检查系统

技术领域

本发明属于建筑工程领域，主要是涉及一种基于视频分析的桥梁自动检查系统。

背景技术

桥梁是一种用来跨越河谷沟堑的建筑物，是一个地区经济建设的枢纽，桥梁成为构成交通的重要部分，与国民经济建设和人民生活密切相关，因此保证桥梁的安全至关重要。

桥梁由于施工质量欠佳或长期连续运行，时常会发生病变，其中桥梁底面裂缝的发生与发育是桥梁出现健康问题的重要特征之一，及时捕捉裂缝信息并报警，可以及时采取相应补救措施，避免桥梁健康继续恶化，甚至垮塌，以保护人民生命财产安全。为达到及时安全预警预报，减少桥梁垮塌事故的发生，对桥梁进行实时安全健康监测十分必要。

自2008年汶川地震以来，全国各地都加大了桥梁检查的力度。在检查规范中一般要求桥梁一年一检或半年一检，但是在实际操作中，多为两年甚至是三年一检。在桥梁检查中，对于桥梁裂缝、漆层脱落等病害的检查尤为重要和突出。在传统检查中，主要依靠工程师乘坐桥梁检查车，直接到桥梁侧面和底部依靠肉眼观察来获取实际检查资料。这种检查方式一方面非常的耗时费力；另一方面，在高墩大跨的桥梁上，检查人员的安全也是一个需要关注的问题。因此，研究并设计一种能够对桥梁病害无损无接触的检测方案就有了非常重要的意义。目前，国内对桥梁裂缝、漆层脱落等病害的快速检测技术的研究仍然处于起步阶段。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供了一种基于视频分析的桥梁自动检查系统，摆脱原先的人工监测方式，完全使用智能化监测，利用实时监测到的数据进行第一时间的修补工作。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于视频分析的桥梁自动检查系统，包括滑轨、监控中心和至少一个检查箱；在桥梁两侧沿其长度方向安装有滑轨，每个滑轨上均安装有检查箱，检查箱内设置有能驱动其在滑轨上移动且能驱动摄像头转动的驱动装置，检查箱内设置有用于接收监控中心发出的控制信号的控制器，检查箱内还设置有电源模块、信息采集设备和网络传输模块，信息采集设备通过网络传输模块与监控中心相连，电源模块一端与市电相连，另一端与控制器相连，控制器分别与驱动装置、信息采集设备和网络传输模块相连；所述的监控中心，通过控制器可控制摄像机的前进后退以及俯仰角度，操作摄像机在桥梁底面沿桥梁运动，实时监视桥梁侧面及底面的状况。

所述的监控中心包括服务器、冗余热备服务器和监控终端；所述的服务器中设有中心分析模块，服务器上配备有冗余热备服务器，监控终端与服务器通过网络交互连接；所述的信息采集设备通过网络传输模块与服务器的中心分析模块交互连接。

所述的中心分析模块包括数据管理层、数据分析层和用户界面层；所述的数据管理层包括数据存储、数据接口以及DB数据库；数据分析层包括故障诊断模块、实时分析模块、预测预警模块和趋势分析模块；用户界面层包括知识管理模块、设备管理模块、告警管理模块、值班管理模块和web server层；知识管理模块、设备管理模块、告警管理模块和值班管理模块通过WEBServer层面向用户提供WEB服务。

所述的采集设备包括摄像机、超声波探测器、风速传感器和GPS，所述的检查箱上开设有供摄像机、超声波探测器和风速传感器采集信息的采集孔，摄像机穿过对应的采集孔朝向桥梁底面，采集桥梁底面的视频信息，视频信息通过网络传输模块传输到监控中心，所述的控制器分别与摄像机、超声波探测器、风速传感器和GPS相连。

所述的检查箱通过滑轮安装在滑轨上，驱动装置包括两个电机，一个电机与滑轨相连，一个电机与摄像机相连。

所述的网络传输模块包括GSM卡和wifi。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的基于视频分析的桥梁自动检查系统，从桥梁的实际安全需求出发，结合中国桥梁自身的特点和规范要求，借鉴了传统桥梁检查车的设计思路，采用先进的遥视、遥测技术，为桥梁外观检查提供高效率、高质量、低成本的综合检查手段。在有效落实桥梁外观检查规范要求的基础上，把握桥梁健康动态，事先安全预警，对于桥梁病害“早发现，早治理”，降低养护成本。

附图说明

图1为本发明提供的基于视频分析的桥梁自动检查系统的使用图；

图2为本发明提供的基于视频分析的桥梁自动检查系统检查箱模块图；

图3为本发明提供的基于视频分析的桥梁自动检查系统的框图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图1至图3，一种基于视频分析的桥梁自动检查系统，包括滑轨、监控中心和至少一个检查箱；在桥梁两侧沿其长度方向安装有滑轨，每个滑轨上均安装有检查箱，检查箱内设置有能驱动其在滑轨上移动且能驱动摄像头转动的驱动装置，检查箱内设置有用于接收监控中心发出的控制信号的控制器，检查箱内还设置有电源模块、信息采集设备和网络传输模块，信息采集设备通过网络传输模块与监控中心相连，电源模块一端与市电相连，另一端与控制器相连，控制器分别与驱动装置、信息采集设备和网络传输模块相连；所述的监控中心，通过控制器可控制摄像机的前进后退以及俯仰角度，操作摄像机在桥梁底面沿桥梁运动，实时监视桥梁侧面及底面的状况。所述的网络传输模块包括GSM卡和wifi；所述的采集设备包括摄像机、超声波探测器、风速传感器和GPS，所述的检查箱上开设有供摄像机、超声波探测器和风速传感器采集信息的采集孔，摄像机穿过对应的采集孔朝向桥梁底面，采集桥梁底面的视频信息，视频信息通过网络传输模块传输到监控中心，所述的控制器分别与摄像机、超声波探测器、风速传感器和GPS相连。

具体的，所述的检查箱通过滑轮安装在滑轨上，驱动装置包括两个电机，一个电机与滑轨相连，一个电机与摄像机相连。

其中，所述的监控中心包括服务器、冗余热备服务器和监控终端；所述的服务器中设有中心分析模块，服务器上配备有冗余热备服务器，监控终端与服务器通过网络交互连接；所述的信息采集设备通过网络传输模块与服务器的中心分析模块交互连接。

所述的中心分析模块包括数据管理层、数据分析层和用户界面层；所述的数据管理层包括数据存储、数据接口以及DB数据库；数据分析层包括故障诊断模块、实时分析模块、预测预警模块和趋势分析模块；用户界面层包括知识管理模块、设备管理模块、告警管理模块、值班管理模块和web server层；知识管理模块、设备管理模块、告警管理模块和值班管理模块通过WEBServer层面向用户提供WEB服务。需要说明的是，数据管理层通过数据接口映射在公网上，信息采集设备采集到信息后通过GSM卡和数据接口存储到数据存储模块中。所述的网络传输模块也称为通讯模块。

需要说明的是，电源模块通过电源线接通电源后，电源模块直接连接到控制器上，控制器分别与网络传输模块、摄像机、超声波探测器、风速传感器和GPS和电机直连。

具体的，为了进行裂缝监测、检查系统需满足以下要求：

桥梁顶部定期裂缝监测；

准确定位裂缝位置；

测量出裂缝的长度和宽度；

满足全天侯全天时监测。

具体的，选择桥梁底合适距离，在桥梁长度方向两侧安装滑轨，滑轨上通过滑轮安装有检查箱，检查箱内设置有驱动其前后移动的驱动装置，在检查箱上设置有供摄像机拍摄的采集孔，在检查箱内安装摄像机，摄像机通过采集孔朝向桥梁底面，采集桥梁底面的视频信息，视频信息通过多种网络方式传输数据到数据管理层。监控中心通过用户界面可控制摄像机的前进后退以及俯仰角度，操作摄像机在桥梁底面沿桥梁运动，实时监视桥梁侧面及底面的状况，需要说明的是，摄像机的运动也可以通过用户界面定制定时的自动运动拍摄计划，自动按照规划拍摄桥梁照片并自动传输数据至数据管理层，服务器接收到检查箱的传输数据，首先将各个传感器的采集数据进行存储，并将摄像头所拍摄的照片进行灰度处理后，结合相应位置的超声波探测数据以及GPS信息，确定桥梁底面是否有裂缝发生和发育情况，监控中心根据裂缝发生发育情况，以及桥梁安全准则对桥梁的健康状况进行判断，在出现安全隐患时进行报警提示。

系统内置了国标化桥梁构件库、病害信息库，通过现场采集病害照片、病害构件、病害位置、病害定义、病害尺寸等五项病害信息，形成完整的、满足规范要求的病害记录。

系统还能够自动生成体系化的桥梁检查报告，并直接输出打印，检查报告中包括了图像、病害信息、位置、尺寸等内容，形成一个完整且规范的检查成果。

主要功能模块简介：

网络传输模块是系统集中分布式监控的传输媒体，网络可以是局域网、广域网或国际互联网，传输介质可以是以太网、GPRS、3G、ATM、ISDN、PSTN及DDN等，传输协议为TCP/IP。为保证桥梁自动检查系统的实时功能，本系统网络传输采用无线通讯的方式。

图像处理(Image Processing)是指用数字摄像机、扫描仪等设备经过采样、数字化得到关于桥梁外部信息的一个二维数组。该数组的元素成为像素，其值为一整数，称为灰度值。图像处理技术的主要内容包括：图像压缩、图像增强和还原、匹配、描述和识别等。图像处理的过程包括：图像编码、图像增强、图像分割以及图像分析。

监控中心中部署中心服务器和监控终端，集中监控管理的服务器可以根据系统的需要配置冗余热备服务器。监控终端与服务器通过网络链接，通过浏览器使用服务，显示监测系统界面，接受用户控制请求传达给服务器。服务器将IP地址+服务端口映射到互联网上，供检查箱中的通讯模块传输采集数据访问时使用，检查箱中的通讯模块亦可通过该网络服务端口获取定制化的自动检查任务配置参数，以完成自动化的采集任务。检查箱的实时控制操作，包括移动，摄像头的俯仰操作，通过检查箱中通讯模块的公网地址进行交互，监控中心的服务器通过访问该地址，实现和检查箱中控制模块的交互，并实现指定动作。

本方案从桥梁的实际安全需求出发，结合中国桥梁自身的特点和规范要求，借鉴了传统桥梁检查车的设计思路，采用先进的遥视、遥测技术，为桥梁外观检查提供高效率、高质量、低成本的综合检查手段。在有效落实桥梁外观检查规范要求的基础上，把握桥梁健康动态，事先安全预警，对于桥梁病害“早发现，早治理”，降低养护成本。

本方案采用物联网技术将与桥梁安全健康有关的检测数据实时传送到监管单位的监控中心，借助智能数字技术平台，实现桥梁的数字化管理，提高桥梁安全健康监测的实时性和可靠性，有效杜绝桥梁安全事故的发生。系统模拟专业养护人员的目视检查习惯，运用非接触式遥控监测手段实现病害图片的视频采集、病害空间坐标三维定位、病害尺寸远程测量、病害自动复查、裂缝宽度对比分析等功能，在满足检查结果的前提下，提高了检查效率。

自动检查系统在物联网技术支持下，实时采集桥梁状态，按照科学的过程进行数据的组织与管理，在此基础上通过大量的模型进行知识集成，应用智能识别、数据融合、分析诊断、优化预测等技术，完整实现桥梁安全的在线监测、预警和管理。

整个系统有多层结构有利于系统的维护和扩展，方便系统的移植和集成。

本发明提供的基于视频分析的桥梁自动检查系统，信息采集设备通过滑轮连接到轨道上，定期对桥梁进行自动化的扫描和视频拍摄，并将拍摄到的照片及各项检测数据通过网络传送至中心分析系统，由中心分析系统对数据及图片进行智能化分析，自动发现桥梁病害，最终通过终端将检查结果反馈给值班人员，完成桥梁的自动检查。

本发明摆脱原先的人工监测方式，完全使用智能化监测，利用实时监测到的数据进行第一时间的修补工作。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种基于视频分析的桥梁自动检查系统，其特征在于，包括滑轨、监控中心和至少一个检查箱；在桥梁两侧沿其长度方向安装有滑轨，每个滑轨上均安装有检查箱，检查箱内设置有能驱动其在滑轨上移动且能驱动摄像头转动的驱动装置，检查箱内设置有用于接收监控中心发出的控制信号的控制器，检查箱内还设置有电源模块、信息采集设备和网络传输模块，信息采集设备通过网络传输模块与监控中心相连，电源模块一端与市电相连，另一端与控制器相连，控制器分别与驱动装置、信息采集设备和网络传输模块相连；所述的监控中心，通过控制器可控制摄像机的前进后退以及俯仰角度，操作摄像机在桥梁底面沿桥梁运动，实时监视桥梁侧面及底面的状况，所述的监控中心包括服务器、冗余热备服务器和监控终端；所述的服务器中设有中心分析模块，服务器上配备有冗余热备服务器，监控终端与服务器通过网络交互连接；所述的信息采集设备通过网络传输模块与服务器的中心分析模块交互连接，所述的中心分析模块包括数据管理层、数据分析层和用户界面层；所述的数据管理层包括数据存储、数据接口以及DB数据库；数据分析层包括故障诊断模块、实时分析模块、预测预警模块和趋势分析模块；用户界面层包括知识管理模块、设备管理模块、告警管理模块、值班管理模块和WEB S erver层；知识管理模块、设备管理模块、告警管理模块和值班管理模块通过WEB Server层面向用户提供WEB服务。

2.根据权利要求1所述的基于视频分析的桥梁自动检查系统，其特征在于，所述的采集设备包括摄像机、超声波探测器、风速传感器和GPS，所述的检查箱上开设有供摄像机、超声波探测器和风速传感器采集信息的采集孔，摄像机穿过对应的采集孔朝向桥梁底面，采集桥梁底面的视频信息，视频信息通过网络传输模块传输到监控中心，所述的控制器分别与摄像机、超声波探测器、风速传感器和GPS相连。

3.根据权利要求2所述的基于视频分析的桥梁自动检查系统，其特征在于，所述的检查箱通过滑轮安装在滑轨上，驱动装置包括两个电机，一个电机与滑轨相连，一个电机与摄像机相连。

4.根据权利要求1或3所述的基于视频分析的桥梁自动检查系统，其特征在于，所述的网络传输模块包括GSM卡和wifi。

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