CN109823965B - 地下连续墙钢筋笼吊装变形监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了地下连续墙钢筋笼吊装变形监测系统及方法，通过采用非接触式检测手段，可自动完成地下连续墙钢筋笼在平面起吊、空中转体过程中结构变形的高效率、高精度、实时地检测和计算。

Description

地下连续墙钢筋笼吊装变形监测系统及方法

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及地下连续墙钢筋笼吊装变形监测系统及方法。

背景技术

地下连续墙是一种连续性地下围护结构，主要用于支承建筑物荷载、截水防 渗或挡土支护。由于地下连续墙具有刚度大、整体性强等诸多优点，是目前深基坑主要的支护形式。

地下连续墙的施工是在泥浆护壁条件下，开挖出一条狭长的深槽；清槽后，在槽内吊放钢筋笼，然后灌筑混凝土筑成钢筋混凝土墙壁。钢筋笼的吊放有分段 制作吊装和整体制作吊装两种。与分段制作吊装相比，整体制作吊装具有接头 少、施工时间短、成槽垮塌风险小等优点；但另一方面，整体超长钢筋笼由于其 自身尺寸长、重量大、刚度低、重心位置难以确定等原因，易导致钢筋笼起吊时 产生较大的挠曲变形，有可能导致焊缝开裂，甚至出现整个笼体结构散架出现施工事故的情况。

为避免地下连续墙钢筋笼（特别是超长、超大钢筋笼结构）吊装过程中出现 变形过大的问题，一方面需要通过钢筋笼的结构分析计算来设计合理的抬吊方 案；另一方面也需要使用现场结构变形监测设备和技术对钢筋笼的变形进行实时 监测。

传统结构变形测量多使用位移计、电阻应变片等设备，这些方法均为接触式测量，对于存在大的刚体位移且需要进行埋入处理的钢筋笼来说，安装困难、使 用不便且不能满足实时性要求。因此，急需发展一种非接触式、低成本、高效实 时的地下连续梁钢筋笼吊装变形监测方法与设备。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了地下连续墙钢筋笼吊装变形监测系统及方法，本发明通过采用非接触式检测手段，可自动完成地下连续墙钢筋笼在平面起吊、空中转体过程中结构变形的高效率、高精度、实时地检测和计算。

本发明通过下述技术方案实现。

地下连续墙钢筋笼吊装变形监测系统，其特征在于包括：

设置在钢筋笼上的检测标志物，至少两组双目摄像机组，用于同步控制双目 摄像机组的同步摄像控制器，与双目摄像机组连接的图像采集处理系统，与图像 采集处理系统连接的变形超限报警装置；所述变形超限报警装置包括预警模块、蜂鸣器；所述图像采集处理系统包括图像采集处理模块、人机交互界面；

所述双目摄像机组用于实时观测检测标志物和获取检测标志物的标志物实 时空间位置信息；

所述图像采集处理模块用于读入各双目摄像机组获取的标志物实时空间位 置信息，并根据各检测标志物的平面与双目摄像机组主轴的夹角，来确定不同双 目摄像机组获取的标志物实时空间位置信息的基本概率分配函数，进而通过D-S 证据理论组合规则融合不同双目摄像机组获取的标志物实时空间位置信息的定 位结果，以得到各检测标志物更准确的标志物实时空间位置融合信息；所述图像 采集处理模块还用于根据获得的各标志物实时空间位置融合信息，测量、监测对 应各检测标志物的相对位置的变化规律，实时获得钢筋笼空间变形量数据并将钢筋笼空间变形量数据发送至预警模块；

所述预警模块用于接收钢筋笼空间变形量数据，并依据预先设定的钢筋笼空 间变形量数据阈值，在钢筋笼空间变形量超出阈值时，发出指令控制蜂鸣器进行警示和控制人机交互界面显示变形超限的检测标志物位置。

作为优选技术方案，所述检测标志物采用圆形金属片制成。

作为优选技术方案，所述检测标志物设置在钢筋笼的吊点和最大挠度点位 置。

作为优选技术方案，所述双目摄像机组为两组。

作为优选技术方案，所述两组双目摄像机组分别布置在钢筋笼起吊时的正面 及侧面，且垂直于钢筋笼吊装场地架设在不同高度上。

地下连续墙钢筋笼吊装变形监测方法，其特征在于包括如下步骤：

1)安装检测标志物

在钢筋笼上安装检测标志物；

2)安装摄像机机组

在钢筋笼的吊装场地布置至少两组双目摄像机组；

3)实时采集钢筋笼吊装过程中的结构变形数据

在钢筋笼起吊过程中利用双目摄像机组实时观测检测标志物和获取检测标 志物的标志物实时空间位置信息；之后通过图像采集处理模块读入各双目摄像机 组获取的标志物实时空间位置信息，并根据各检测标志物的平面与双目摄像机组 主轴的夹角，来确定不同双目摄像机组获取的标志物实时空间位置信息的基本概 率分配函数，进而通过D-S证据理论组合规则融合不同双目摄像机组获取的标 志物实时空间位置信息的定位结果，以得到各检测标志物更准确的标志物实时空 间位置融合信息；之后根据获得的各标志物实时空间位置融合信息，利用图像采 集处理模块测量、监测对应各检测标志物的相对位置的变化规律，实时获得钢筋 笼空间变形量数据并将钢筋笼空间变形量数据发送至预警模块；

4)钢筋笼吊装过程实时预警

利用预警模块接收钢筋笼空间变形量数据，并依据预先设定的钢筋笼空间变 形量数据阈值，在钢筋笼空间变形量超出阈值时，发出指令控制蜂鸣器进行警示 和控制人机交互界面显示变形超限的检测标志物位置。

作为优选技术方案，所述步骤1)安装检测标志物中，检测标志物采用圆 形金属片制成。

作为优选技术方案，所述步骤1)安装检测标志物中，检测标志物设置在 钢筋笼的吊点和最大挠度点位置。

作为优选技术方案，所述步骤2)安装摄像机机组中，双目摄像机组为两组。

作为优选技术方案，所述步骤2)安装摄像机机组中，两组双目摄像机组分别布置在钢筋笼起吊时的正面及侧面，且垂直于钢筋笼吊装场地架设在不同高度上。

本发明的有益效果：

本发明与传统的钢筋笼变形检测方式相比，基于机器视觉的钢筋笼施工吊装变形监测方法具有以下优势：(1)本发明方法是一种无接触的测量方法，无需在钢筋笼上安装位移传感器，只需要在钢筋笼上安装少量检测标志物，而且检测标志可以直接连同钢筋笼一起下放到基槽内直接灌浆，无需拆除，极大的降低了人 工成本。(2)本发明方法在钢筋的吊装过程中的变形检测是实时进行的，吊装过程中一旦有变形超限，报警装置会及时报警并通知工作人员变形位置。(3)本方法使用了两组垂直方位安置的双目相机，可以保证钢筋笼在空中抬升、转动过程中，各标志物空间位置均能被准确检测；而且对于每一组双目相机单独工作得到的标志物空间位置，本方法进一步使用D-S证据理论将两组定位结果进行数据融合，以得到更高精度的位置坐标。

附图说明

图1为本发明系统的结构示意图；

图2本发明检测标志物的示例图；

图3为钢筋笼平面竖向弯曲挠曲线及吊点、检测标志物的位置示意图；

图4为本发明中钢筋笼起吊流程示意图；

上述图中各标识的含义为：1-检测标志物，2-起吊点，3-双目摄像机组，4- 同步摄像控制器，5-图像采集处理系统，51-图像采集处理模块，52-人机交互界面，6-变形超限报警装置，61-预警模块，62-蜂鸣器，7-钢筋笼，8-副吊，9-主吊。

具体实施方式

下面结合附图以具体实施例的形式对本发明做进一步说明，需要指出的是以 下实施方式仅是以例举的形式对本发明所做的解释性说明，但本发明的保护范围 并不仅限于此，所有本领域的技术人员以本发明的精神对本发明所做的等效的替 换均落入本发明的保护范围。

实施例1

地下连续墙钢筋笼吊装变形监测系统，请参阅图1，包括：

设置在钢筋笼上的检测标志物1，至少两组双目摄像机组3，用于同步控制 双目摄像机组的同步摄像控制器4，与双目摄像机组3连接的图像采集处理系统 5，与图像采集处理系统5连接的变形超限报警装置6；变形超限报警装置6包括预警模块61、蜂鸣器62；图像采集处理系统5包括图像采集处理模块51、人 机交互界面52；

其中，检测标志物1作为双目摄像机组3摄像测距的直接观测点，使用时将检测标志物1固定在事先确定好的结构监测位置上；检测标志物1的设置方案需 要能体现出钢筋笼7结构可能的最大变形，因此，需要事先通过结构受力分析进行确定检测标志物1的数目与位置；

双目摄像机组3是实时采集结构变形数据的核心装置，其用于实时观测检测 标志物1和获取检测标志物1的标志物实时空间位置信息；通常，双目摄像机组 一般利用两个摄像头从不同角度同时获得被测物(在本发明中为检测标志物1) 的两幅数字图像，通过三角测量原理来获取图像的视差，进而恢复出物体的三维 几何信息，重建物体三维轮廓及位置；使用时，通过同步摄像控制器4中的继电器来触发相机快门，控制 多组双目摄像机组3工作，从而保证多组双目摄像机组3采集的同步性；

图像采集处理模块51用于读入各双目摄像机组3获取的标志物实时空间位置信息，并根据各检测标志物1的平面与双目摄像机组3主轴的夹角，来确定不 同双目摄像机组3获取的标志物实时空间位置信息的基本概率分配函数，进而通 过D-S证据理论组合规则融合不同双目摄像机组3获取的标志物实时空间位置 信息的定位结果，以得到各检测标志物1更准确的标志物实时空间位置融合信 息；图像采集处理模块51还用于根据获得的各标志物实时空间位置融合信息， 测量、监测对应各检测标志物1的相对位置的变化规律，实时获得钢筋笼空间变 形量数据并将钢筋笼空间变形量数据发送至预警模块61；预警模块61用于接收 钢筋笼空间变形量数据，并依据预先设定的钢筋笼空间变形量数据阈值，在钢筋笼空间变形量超出阈值时，发出指令控制蜂鸣器62进行警示和控制人机交互界面52显示变形超限的检测标志物1位置。

检测标志物1一般由小块金属片制成，检测标志物1的图案有多种选择，进 一步的，请参阅图2，本实施例中，检测标志物1采用圆形金属片制成。

为了使检测标志物1的设置位置能体现出钢筋笼结构可能的最大变形，进一 步的，本实施例中，请参阅图3，检测标志物1设置在钢筋笼的吊点和最大挠度点位置。

为了保证钢筋笼三维结构在空中吊装转体过程中，每一个检测标志物1至少能被一组双目相机准确检测，进一步的，请参阅图1，本实施例中，双目摄像机组3为两组。

进一步的，本实施例中，请参阅图1，两组双目摄像机组3分别布置在钢筋笼起吊时的正面及侧面，且垂直于钢筋笼吊装场地架设在不同高度上。

实施例2

本实施例以一超深地下连续墙的整体式长钢筋笼为对象，钢筋笼全长42m，宽度6m，厚度1m，重约40t，起吊时采用4排，每排3个，共十二个吊点， 如图4所示，其吊装变形监测方法包括如下步骤：

1)安装检测标志物

请参阅图3，确定钢筋笼结构的最大挠度点，进而在吊点和最大挠度点安装检测标志物1；

2)安装摄像机机组

在钢筋笼的吊装场地布置两组双目摄像机组3；具体的，请参阅图1，将双 目摄像机组3布置在钢筋笼起吊时的正面及侧面，且垂直于钢筋笼吊装场地利用三脚架固定在不同高度上，使钢筋笼7在空中吊装转体过程中每一个检测标志物1 至少能被一组双目摄像机组3准确检测到；之后进行相机内外参数以及畸变参数 的标定；

3)实时采集钢筋笼吊装过程中的结构变形数据

请参阅图1、图3、图4，钢筋笼采用主吊9和副吊8配合吊起，主吊吊点为D、E两排吊点，副吊吊点为B、C两排；请参阅图4，首先主吊和副吊平行将钢筋笼吊起，然后通过收紧主吊并放松副吊将钢筋笼放直；在钢筋笼起吊过程 中利用双目摄像机组3实时观测检测标志物1和获取检测标志物1的标志物实时 空间位置信息；由于检测标志物1的平面与相机主轴垂直时，双目视觉测量精度 最高；而检测标志物1的平面与相机主轴近似平行时，变形测量误差最大，因此 两组双目测量装置对于同一标志点的定位精度是不同的；之后通过图像采集处理模块51读入各双目摄像机组3获取的标志物实时空间位置信息，并根据各检测 标志物1的平面与双目摄像机组3主轴的夹角，来确定不同双目摄像机组3获取的标志物实时空间位置信息的基本概率分配函数，进而通过D-S证据理论组合规则融合不同双目摄像机组3获取的标志物实时空间位置信息的定位结果，以得 到各检测标志物1更准确的标志物实时空间位置融合信息；之后根据获得的各标志物实时空间位置融合信息，利用图像采集处理模块51测量、监测对应各检测标志物1的相对位置的变化规律，实时获得钢筋笼空间变形量数据并将钢筋笼空 间变形量数据发送至预警模块61；

4)钢筋笼吊装过程实时预警

利用预警模块61接收钢筋笼空间变形量数据，并依据预先设定的钢筋笼空间变形量数据阈值，在钢筋笼空间变形量超出阈值时，发出指令控制蜂鸣器62 进行警示和控制人机交互界面52显示变形超限的检测标志物1位置。

Claims (10)

1.地下连续墙钢筋笼吊装变形监测系统，其特征在于包括：

设置在钢筋笼上的检测标志物(1)，至少两组双目摄像机组(3)，用于同步控制双目摄像机组的同步摄像控制器(4)，与双目摄像机组(3)连接的图像采集处理系统(5)，与图像采集处理系统(5)连接的变形超限报警装置(6)；所述变形超限报警装置(6)包括预警模块(61)、蜂鸣器(62)；所述图像采集处理系统(5)包括图像采集处理模块(51)、人机交互界面(52)；

所述双目摄像机组(3)用于实时观测检测标志物(1)和获取检测标志物(1)的标志物实时空间位置信息；

所述图像采集处理模块(51)用于读入各双目摄像机组(3)获取的标志物实时空间位置信息，并根据各检测标志物(1)的平面与双目摄像机组(3)主轴的夹角，来确定不同双目摄像机组(3)获取的标志物实时空间位置信息的基本概率分配函数，进而通过D-S证据理论组合规则融合不同双目摄像机组(3)获取的标志物实时空间位置信息的定位结果，以得到各检测标志物(1)更准确的标志物实时空间位置融合信息；所述图像采集处理模块(51)还用于根据获得的各标志物实时空间位置融合信息，测量、监测对应各检测标志物(1)的相对位置的变化规律，以实时获得钢筋笼空间变形量数据并将钢筋笼空间变形量数据发送至预警模块(61)；

所述预警模块(61)用于接收钢筋笼空间变形量数据，并依据预先设定的钢筋笼空间变形量数据阈值，在钢筋笼空间变形量超出阈值时，发出指令控制蜂鸣器(62)进行警示和控制人机交互界面(52)显示变形超限的检测标志物(1)位置。

2.如权利要求1所述的地下连续墙钢筋笼吊装变形监测系统，其特征在于所述检测标志物(1)采用圆形金属片制成。

3.如权利要求1所述的地下连续墙钢筋笼吊装变形监测系统，其特征在于所述检测标志物(1)设置在钢筋笼的吊点和最大挠度点位置。

4.如权利要求1所述的地下连续墙钢筋笼吊装变形监测系统，其特征在于所述双目摄像机组(3)为两组。

5.如权利要求4所述的地下连续墙钢筋笼吊装变形监测系统，其特征在于两组所述双目摄像机组(3)分别布置在钢筋笼起吊时的正面及侧面，且垂直于钢筋笼吊装场地架设在不同高度上。

6.地下连续墙钢筋笼吊装变形监测方法，其特征在于包括如下步骤：

1)安装检测标志物

在钢筋笼上安装检测标志物(1)；

2)安装摄像机机组

在钢筋笼的吊装场地布置至少两组双目摄像机组(3)；

3)实时采集钢筋笼吊装过程中的结构变形数据

在钢筋笼起吊过程中利用双目摄像机组(3)实时观测检测标志物(1)和获取检测标志物(1)的标志物实时空间位置信息；之后通过图像采集处理模块(51)读入各双目摄像机组(3)获取的标志物实时空间位置信息，并根据各检测标志物(1)的平面与双目摄像机组(3)主轴的夹角，来确定不同双目摄像机组(3)获取的标志物实时空间位置信息的基本概率分配函数，进而通过D-S证据理论组合规则融合不同双目摄像机组(3)获取的标志物实时空间位置信息的定位结果，以得到各检测标志物(1)更准确的标志物实时空间位置融合信息；之后根据获得的各标志物实时空间位置融合信息，利用图像采集处理模块(51)测量、监测对应各检测标志物(1)的相对位置的变化规律，实时获得钢筋笼空间变形量数据并将钢筋笼空间变形量数据发送至预警模块(61)；

4)钢筋笼吊装过程实时预警

利用预警模块(61)接收钢筋笼空间变形量数据，并依据预先设定的钢筋笼空间变形量数据阈值，在钢筋笼空间变形量超出阈值时，发出指令控制蜂鸣器(62)进行警示和控制人机交互界面(52)显示变形超限的检测标志物(1)位置。

7.如权利要求6所述的地下连续墙钢筋笼吊装变形监测方法，其特征在于所述步骤1)安装检测标志物中，检测标志物(1)采用圆形金属片制成。

8.如权利要求6所述的地下连续墙钢筋笼吊装变形监测方法，其特征在于所述步骤1)安装检测标志物中，检测标志物(1)设置在钢筋笼的吊点和最大挠度点位置。

9.如权利要求6所述的地下连续墙钢筋笼吊装变形监测方法，其特征在于所述步骤2)安装摄像机机组中，双目摄像机组(3)为两组。

10.如权利要求9所述的地下连续墙钢筋笼吊装变形监测方法，其特征在于所述步骤2)安装摄像机机组中，两组双目摄像机组(3)分别布置在钢筋笼起吊时的正面及侧面，且垂直于钢筋笼吊装场地架设在不同高度上。

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