CN113466291B - 一种基于温度场变化检测大体积混凝土裂缝的分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于温度场变化检测大体积混凝土裂缝的分析方法，包括：采集大体积混凝土的图像信息，并分析提取出所述图像信息中典型特征点的温度数据以及生成红外热图像；根据所述温度数据利用多参数反演技术反演出所述大体积混凝土热力学参数，并仿真模拟出大体积混凝土的温度场和应力场；基于所述温度场、应力场和所述红外热图像分析所述大体积混凝土的裂缝情况，利用定制校准量具及透视变换公式求取裂缝大小，完成裂缝分析。本发明采用反演技术以及透视变换公式来获取温度场信息以及裂缝的影响面积，提高了计算的准确度及速度。

Description

一种基于温度场变化检测大体积混凝土裂缝的分析方法

技术领域

本发明涉及混凝土参数分析的技术领域，尤其涉及一种基于温度场变化检测大体积混凝土裂缝的分析方法。

背景技术

混凝土在浇筑完成后其内部温度会迅速升高，由于混凝土水泥水化热不容易很快散失，蓄热于内部，很容易导致混凝土内部与环境温差较大，由此容易产生裂缝；并且现有混凝土体积朝着越来越大的趋势发展，需要监测温度的部位也越来越多，依靠传统手工测温工作量极大、劳动强度高，且测量频率低不适合用于大体积混凝土温度监测，若采用线缆传输方式测温的方法，由于施工现场条件复杂，布线较为不方便，经常出现测温线被砸断的情况，而且受距离限制；且对于已发生的裂缝无法及时、准确地分析判断其裂缝面积，从而导致无法及时做出挽救措施。

基于上述混凝土测温中以及裂缝面积的计算上存在的技术问题，尚未有相关的解决方案，因此亟需寻求有效方案以解决上述问题。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：现有技术方案无法准确、快速地得到混凝土的温度场，从而导致无法准确的判断裂缝的影响面积。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：采集大体积混凝土的图像信息，并分析提取出所述图像信息中典型特征点的温度数据以及生成红外热图像；根据所述温度数据利用多参数反演技术反演出所述大体积混凝土热力学参数，并仿真模拟出大体积混凝土的温度场和应力场；基于所述温度场、应力场和所述红外热图像分析所述大体积混凝土的裂缝情况，利用定制校准量具及透视变换公式求取裂缝大小，完成裂缝分析。

作为本发明所述的基于温度场变化检测大体积混凝土裂缝的分析方法的一种优选方案，其中：所述大体积混凝土的图像信息的采集包括利用红外热成像仪进行图像信息的采集。

作为本发明所述的基于温度场变化检测大体积混凝土裂缝的分析方法的一种优选方案，其中：所述典型特征点的温度数据包括，将所采集的图像进行图像分割，分割为64块大小相等的图形；每个图形的顶点即为所述典型特征点，提取所述典型特征点的温度数据。

作为本发明所述的基于温度场变化检测大体积混凝土裂缝的分析方法的一种优选方案，其中：所述利用多参数反演技术反演出所述大体积混凝土热力学参数并仿真模拟出大体积混凝土的温度场和应力场包括，利用多物理场仿真方法建立温度场正演计算模型：

其中，ρ_l为流体密度，n为微元面积矢量dS外法线的单位矢量，U为流体速度，f为单位质量流体所受到的质量力，Π为微元面积矢量dS的应力张量，c为流体的比热容，T为控制体的温度，k为导热系数，Q为对应微元的生热量，

为调和算子，x,y,z表示空间坐标系的三个轴，u,v,w分别为流体速度U在x,y,z方向上的速度分量。

作为本发明所述的基于温度场变化检测大体积混凝土裂缝的分析方法的一种优选方案，其中：还包括，内部损耗的边界条件：

其中，m为边界处的外法线矢量，Γ为诺伊曼边界，f(Γ)、h(Γ)为一般或者常量函数，当h(Γ)＝0时，公式表示齐次诺伊曼边界。

作为本发明所述的基于温度场变化检测大体积混凝土裂缝的分析方法的一种优选方案，其中：还包括，将所述内部损耗的边界条件导入所述温度场正演计算模型，建立目标函数和约束条件，得到多参数反演模型；将所述温度数据导入所述多参数反演模型，得到所述大体积混凝土热力学参数。

作为本发明所述的基于温度场变化检测大体积混凝土裂缝的分析方法的一种优选方案，其中：所述目标函数包括，

所述约束条件为：

其中，T为控制体的温度值，U为流体速度值，

为t时刻的热量系数。

作为本发明所述的基于温度场变化检测大体积混凝土裂缝的分析方法的一种优选方案，其中：所述利用定制校准量具及透视变换公式求取裂缝大小包括，根据图像上的裂缝信息提取裂缝矩形标注区域信息，利用目标检测算法计算定制校准量在图像上的位置坐标；根据所述位置坐标推算基于透视变换后的新位置坐标，利用所述透视变换公式求取透视变换矩阵参数；基于所述透视变换矩阵参数以及所述矩形标注区域信息，利用透视变换公式计算矩形标注区域透视变换后的坐标，并计算裂缝影响面积。

本发明的有益效果：本发明采用反演技术以及透视变换公式来获取温度场信息以及裂缝的影响面积，提高了计算的准确度及速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明一个实施例提供的一种基于温度场变化检测大体积混凝土裂缝的分析方法的基本流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1，为本发明的一个实施例，提供了一种基于温度场变化检测大体积混凝土裂缝的分析方法，包括：

S1：采集大体积混凝土的图像信息，并分析提取出图像信息中典型特征点的温度数据以及生成红外热图像；需要说明的是：

大体积混凝土的图像信息的采集包括利用红外热成像仪进行图像信息的采集。

进一步的，典型特征点的温度数据包括：

将所采集的图像进行图像分割，分割为64块大小相等的图形；

每个图形的顶点即为典型特征点，提取典型特征点的温度数据。

S2：根据温度数据利用多参数反演技术反演出大体积混凝土热力学参数，并仿真模拟出大体积混凝土的温度场和应力场；需要说明的是：

利用多参数反演技术反演出大体积混凝土热力学参数并仿真模拟出大体积混凝土的温度场和应力场包括：

利用多物理场仿真方法建立温度场正演计算模型：

其中，ρ_l为流体密度，n为微元面积矢量dS外法线的单位矢量，U为流体速度，f为单位质量流体所受到的质量力，Π为微元面积矢量dS的应力张量，c为流体的比热容，T为控制体的温度，k为导热系数，Q为对应微元的生热量，

为调和算子，x,y,z表示空间坐标系的三个轴，u,v,w分别为流体速度U在x,y,z方向上的速度分量。

进一步的，还包括：

内部损耗的边界条件：

其中，m为边界处的外法线矢量，Γ为诺伊曼边界，f(Γ)、h(Γ)为一般或者常量函数，当h(Γ)＝0时，公式表示齐次诺伊曼边界。

将内部损耗的边界条件导入温度场正演计算模型，建立目标函数和约束条件，得到多参数反演模型；

将温度数据导入多参数反演模型，得到大体积混凝土热力学参数。

其中，目标函数包括，

约束条件为：

其中，T为控制体的温度值，U为流体速度值，

为t时刻的热量系数。

S3：基于温度场、应力场和红外热图像分析大体积混凝土的裂缝情况，利用定制校准量具及透视变换公式求取裂缝大小，完成裂缝分析；需要说明的是：

利用定制校准量具及透视变换公式求取裂缝大小包括，

根据图像上的裂缝信息提取裂缝矩形标注区域信息，利用目标检测算法计算定制校准量在图像上的位置坐标；

根据位置坐标推算基于透视变换后的新位置坐标，利用透视变换公式求取透视变换矩阵参数；

基于透视变换矩阵参数以及矩形标注区域信息，利用透视变换公式计算矩形标注区域透视变换后的坐标，并计算裂缝影响面积。

其中，透视变换公式为：

X＝m11*x+m12*y+m13

Y＝m21*x+m22*y+m23

Z＝m31*x+m32*y+m33

其中，(x，y)为原始坐标，(m11，m12，m13；m21，m22，m23，m31，m32，m33)为透视变换矩阵，(x’，y’)为变换后坐标，X，Y，Z为计算过程中的临时中间变量。

本发明结合使用采用反演技术以及透视变换公式来获取温度场信息以及裂缝的影响面积，提高了计算的准确度及速度。

实施例2

本实施例为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种基于温度场变化检测大体积混凝土裂缝的分析方法的验证测试，为对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例采用传统技术方案与本发明方法进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果。

传统的技术方案：传统压电式激发超声波裂缝检测方法在检测时需要在混凝土表面涂耦合剂，其检测效率低、成本较高，受耦合剂和人为因素的影响其检测准确度较低。为验证本方法相对传统方法具有较高效率及准确度。本实施例中将采用传统方法和本方法分别对仿真大体积混凝土的裂缝影响面积的计算速度及准确度进行实时测量对比。

测试环境：在仿真平台模拟构建使用大体积混凝土的场景并模拟不同温度在大体积混凝土上的分布以及不同类型的裂缝，分别利用传统方法和本发明方法，开启自动化测试设备并运用MATLB软件编程实现两种方法的仿真测试，根据实验结果得到仿真数据。每种方法各测试20组数据，计算获得每组数据的裂缝检测速度以及检测准确度，与仿真模拟输入的实际值进行对比计算误差。结果如下表所示。

表1：实验结果对比表。

项目	本方法	传统方法
			耗时	30s	5min
检测准确度	96％	89％
			能否检测温度场	是	否
检测效率	97％	85％
			耦合剂	不需要	需要

从上表可以看出本发明方法相较于传统方法有较高的检测效率及准确度，体现了本发明方法较好的鲁棒性。

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限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于温度场变化检测大体积混凝土裂缝的分析方法，其特性在于，包括：

采集大体积混凝土的图像信息，并分析提取出所述图像信息中典型特征点的温度数据以及生成红外热图像；

根据所述温度数据利用多参数反演技术反演出所述大体积混凝土热力学参数，并仿真模拟出大体积混凝土的温度场和应力场，包括利用多物理场仿真方法建立温度场正演计算模型：

其中，ρ_l为流体密度，n为微元面积矢量dS外法线的单位矢量，U为流体速度，f为单位质量流体所受到的质量力，Π为微元面积矢量dS的应力张量，c为流体的比热容，T为控制体的温度，k为导热系数，Q为对应微元的生热量，▽为调和算子，x,y,z表示空间坐标系的三个轴，u,v,w分别为流体速度U在x,y,z方向上的速度分量；

基于所述温度场、应力场和所述红外热图像分析所述大体积混凝土的裂缝情况，利用定制校准量具及透视变换公式求取裂缝大小，完成裂缝分析。

2.如权利要求1所述的基于温度场变化检测大体积混凝土裂缝的分析方法，其特征在于：所述大体积混凝土的图像信息的采集包括利用红外热成像仪进行图像信息的采集。

3.如权利要求1所述的基于温度场变化检测大体积混凝土裂缝的分析方法，其特征在于：所述典型特征点的温度数据包括，

将所采集的图像进行图像分割，分割为64块大小相等的图形；

每个图形的顶点即为所述典型特征点，提取所述典型特征点的温度数据。

4.如权利要求1所述的基于温度场变化检测大体积混凝土裂缝的分析方法，其特征在于：还包括，

内部损耗的边界条件：

其中，m为边界处的外法线矢量，Γ为诺伊曼边界，f(Γ)、h(Γ)为一般或者常量函数，当h(Γ)＝0时，公式表示齐次诺伊曼边界。

5.如权利要求4所述的基于温度场变化检测大体积混凝土裂缝的分析方法，其特征在于：还包括，

将所述内部损耗的边界条件导入所述温度场正演计算模型，建立目标函数和约束条件，得到多参数反演模型；

将所述温度数据导入所述多参数反演模型，得到所述大体积混凝土热力学参数。

6.如权利要求5所述的基于温度场变化检测大体积混凝土裂缝的分析方法，其特征在于：所述目标函数包括，

所述约束条件为：

其中，T为控制体的温度值，U为流体速度值，

为t时刻的热量系数。

7.如权利要求1所述的基于温度场变化检测大体积混凝土裂缝的分析方法，其特征在于：所述利用定制校准量具及透视变换公式求取裂缝大小包括，

根据图像上的裂缝信息提取裂缝矩形标注区域信息，利用目标检测算法计算定制校准量在图像上的位置坐标；

根据所述位置坐标推算基于透视变换后的新位置坐标，利用所述透视变换公式求取透视变换矩阵参数；

基于所述透视变换矩阵参数以及所述矩形标注区域信息，利用透视变换公式计算矩形标注区域透视变换后的坐标，并计算裂缝影响面积。

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