CN111501718A

CN111501718A - 一种适用于无人机的建筑物地基沉降监测预警装置

Info

Publication number: CN111501718A
Application number: CN202010316493.5A
Authority: CN
Inventors: 杜婉赫; 蔡奇鹏; 陈星欣; 苏世灼; 郭力群
Original assignee: Huaqiao University
Current assignee: Huaqiao University
Priority date: 2020-04-21
Filing date: 2020-04-21
Publication date: 2020-08-07

Abstract

本发明公开了一种适用于无人机的建筑物地基沉降监测预警装置，包括：工业级相机、前端信息监测装置、数据处理模块、后台控制系统、金属圆柱体；所述前端信息监测装置包括：图像压缩编码器、图像处理系统、通信单元；所述数据处理模块与通信单元相连接，数据处理模块包括：数据存储器、数据分析单元、光照电路；所述后台控制系统包括：后台预警系统、数据存储器，所述金属圆柱体安装在观测点上。本发明为建筑物地基不均匀沉降监测提供了一种高效的解决方法，同时可对不同地质条件下建筑物地基沉降做到原始数据积累并与阈值比对，实现实时预警目的，对于未来智慧城市建设等场景布设具有重要意义。

Description

一种适用于无人机的建筑物地基沉降监测预警装置

技术领域

本发明属于土建工程安全监测领域，特别涉及一种适用于无人机的建筑物地基沉降监测预警装置。

背景技术

目前，在土木工程建筑物的建设过程中，由于建筑物荷载差异和地质条件等原因，易造成地基不均匀沉降。如果地基不均匀沉降超过建筑物沉降允许值时，容易发生支柱破坏、建筑物倾斜等影响，造成巨大的经济损失。因此需要及时对地基沉降进行实时监测并采取相应的加固治理措施。目前，我国地基不均匀沉降的监测方法主要以人工监测的方式为主。然而这种人工监测地基沉降的方式以监测工人的工程经验为主，检测结果不具有客观性，存在一定的测量误差等问题。同时监测过程中采用的水准仪、水准标尺等辅助设施工作效率低，已无法满足如今工程进度需求。因此，快速实时监测地基沉降并进行预警治理，成为土建工程中安全防治的技术重点。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种提供了一种可实现建筑物地基沉降监测预警的装置，实现了高效率、高精准的实时监测与预警效果，具有良好的工程推广性。

本发明采用如下技术方案：

一种适用于无人机的建筑物地基沉降监测预警装置，包括：工业级相机、前端信息监测装置、数据处理模块、后台控制系统、金属圆柱体；所述前端信息监测装置包括：图像压缩编码器、图像处理系统、通信单元；所述数据处理模块与通信单元相连接，数据处理模块包括：数据存储器、数据分析单元、光照电路；所述后台控制系统包括：后台预警系统、数据存储器，所述金属圆柱体安装在观测点上，工业级相机对固定在观测点的金属圆柱体拍摄。

具体地，图像处理系统包括小核卷积器、数字信号处理器、流水线处理器以及二维图像处理器，相机通过图像压缩编码器与图像处理系统连接。

具体地，数据分析单元由沉降阈值算法模块以及供电模块组成，供电模块为光照电路提供电源。

具体地，通信单元可采用光纤通信模块、hplc通信模块中的一种。

具体地，后台预警系统由闪光灯、光敏电阻、预警电路组成。

具体地，所属金属圆柱体采用半径长200mm,高度300mm且材质较轻的的铝制金属圆柱体，在建筑物的转角、外角每隔10m处的观测点上布置一个金属圆柱体。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明所述的装置与传统的人工监测相比，该装置可应用于在不同复杂的工程条件下对建筑物地基实时进行沉降监测，并及时做出预警，本装置为建筑物地基不均匀沉降监测提供了一种高效的解决方法，同时可对不同地质条件下建筑物地基沉降做到原始数据积累并与阈值比对，实现实时预警目的。对于未来智慧城市建设等场景布设具有重要意义。

附图说明

图1是本发明所述的装置的示意图；

图2是本发明所述的后台控制系统装置的示意图；

图中：1是工业级相机，2是前端信息监测装置，21是图像压缩编码器，22是图像处理系统，23是通信单元，3是数据处理模块，31是数据存储器，32是数据分析单元，33是光照电路，4是后台控制系统，41是后台预警系统，411是光敏电阻，412是闪光灯，413是直流电源，414是开关，42是数据存储器。

图3是光线传播线路图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

本发明提供一种适用于无人机的建筑物地基沉降监测预警装置，如图1所示，包括工业级相机1、前端信息监测装置2、数据处理模块3、后台控制系统4；前端信息监测装置2包括：图像压缩编码器21、图像处理系统22、通信单元23，数据处理模块3包括：数据存储器31、数据分析单元32、光照电路33；后台控制系统4包括：后台预警系统41、数据存储器42；工业级相机1通过图像压缩编码器21与图像处理系统22相连，前端信息监测装置2通过通信单元23与数据处理模块3相连；如图2，后台预警系统41包括光敏电阻，闪光灯412，直流电源413，开关414；

数据处理模块3中的光照电路33所产生光源将会影响后台预警系统41中的光敏电阻411阻值大小，进而决定闪光灯412是否正常工作。

所述金属圆柱体安装在观测点上，工业级相机对固定在观测点的金属圆柱体拍摄，所属金属圆柱体采用半径长200mm,高度300mm且材质较轻的的铝制金属圆柱体。

图像处理系统22包括小核卷积器、数字信号处理器、流水线处理器以及二维图像处理器，相机通过图像压缩编码器与图像处理系统连接。

通信单元23可采用光纤通信模块、hplc通信模块中的一种。

数据分析单元32由沉降阈值算法模块以及供电模块组成，供电模块为光照电路提供电源。

基于所述的一种适用于无人机的建筑物地基沉降监测预警装置，具体的工作过程如下：

用GPS规划无人机巡航路线，结合气压计，激光雷达、加速度计等实现三维立体定位和姿态控制。无人机到达预设好的规定坐标节点进行拍摄,一般在建筑物的转角、外角每隔10m处的观测点上布置一个金属圆柱体，工业级相机1定点拍摄观测点金属圆柱体的图片，无人机通过微调，即确保所拍摄金属圆柱体俯视图中直径一致，来实现工业级相机1与观测点保持水平拍摄，拍摄好的照片由图像编码压缩器21传输给图像处理系统22，图像处理系统22通过对图像截取、识别、分析得到地基沉降的距离，即根据相似三角形的特征有下式成立：

式中：

H——凸透镜和金属圆柱体之间的实际距离

v——像距

S——拍摄金属圆柱体的实际大小

S'——拍摄金属圆柱体的成像大小(感光元件上像尺寸)

根据几何光变换公式(薄透镜物像方折射率相等时的物像距公式——高斯形式)：

式中：f——凸透镜焦距

联立(1)式和(2)式可得凸透镜和金属圆柱体之间的实际距离：

相机的凸透镜和金属圆柱体之间的两次实际距离差值即地基沉降距离ΔH：

ΔH＝H₂-H₁ (4)

地基沉降距离由通信单元23传递给数据处理模块3，通过数据分析单元32对比沉降预警阈值发出相关指令，当超过沉降预警阈值时，通过光照电路33产生相应光照强度传输给光敏电阻411，使得后台预警系统41形成闭合回路,无人机记录该坐标节点信息并触发闪光灯414报警，以此通知管理人员对地基进行加固处理等措施，并及时存储对应的沉降数据。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims

1.一种适用于无人机的建筑物地基沉降监测预警装置，其特征在于：包括：工业级相机、前端信息监测装置、数据处理模块、后台控制系统、金属圆柱体；所述前端信息监测装置包括：图像压缩编码器、图像处理系统、通信单元；所述数据处理模块与通信单元相连接，数据处理模块包括：数据存储器、数据分析单元、光照电路；所述后台控制系统包括：后台预警系统、数据存储器，所述金属圆柱体安装在观测点上，工业级相机对固定在观测点的金属圆柱体拍摄。

2.根据权利要求1所述的适用于无人机的建筑物地基沉降监测预警装置，其特征在于：图像处理系统包括小核卷积器、数字信号处理器、流水线处理器以及二维图像处理器，相机通过图像压缩编码器与图像处理系统连接。

3.根据权利要求1所述的适用于无人机的建筑物地基沉降监测预警装置，其特征在于：数据分析单元由沉降阈值算法模块以及供电模块组成，供电模块为光照电路提供电源。

4.根据权利要求1所述的适用于无人机的建筑物地基沉降监测预警装置，其特征在于：通信单元可采用光纤通信模块、hplc通信模块中的一种。

5.根据权利要求1所述的适用于无人机的建筑物地基沉降监测预警装置，其特征在于：后台预警系统由闪光灯、光敏电阻、预警电路组成。

6.根据权利要求1所述的适用于无人机的建筑物地基沉降监测预警装置，其特征在于：所属金属圆柱体采用半径长200mm,高度300mm且材质较轻的的铝制金属圆柱体，在建筑物的转角、外角每隔10m处的观测点上布置一个金属圆柱体。