CN113607052A - 一种市政桥梁工程的桥梁裂缝测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种市政桥梁工程的桥梁裂缝测量装置和方法，包括图像采集识别装置、放置台，放置台下设置有滑轮；所述图像采集识别装置包括摄像头、主控模块、滑线轴、缠绕于所述滑线轴上的滑线、集电器、伸缩杆、电机、止动块、外接直流电源。本发明采用滑轮驱动测量装置移动的运动方式，并在装置上搭载摄像头来扫描桥梁底面，通过图像采集卡对图像进行A/D转换、压缩编码，再经无线通信模块传输至计算机。然后结合图像处理的基本算法在外部终端端采用了裂缝图像预处理的智能算法以去除图像中的干扰点，对桥底图像进行分析处理，识别是否含有裂缝，并记录裂缝的参数，评估桥梁的裂缝损伤情况，提高了裂缝图像数据分析的准确性。
Description
技术领域
本发明属于市政桥梁施工辅助技术领域，具体涉及一种市政桥梁工程的桥梁裂缝测量装置及方法。
背景技术
桥梁是交通道路系统中的关键组成部分，在交通事业中占据着重要的地位。从古代的运用木、石材料建设桥梁发展到近代使用钢筋混凝土建设桥梁，桥梁的发展在人类文明的发展中占有着重要篇章。
裂缝是固体材料中某种不连续的现象。混凝土本身具有自重大、抗拉强度低及收缩变形大等缺点，在其他因素的影响下会导致产生裂缝：混凝土受温度与湿度等因素的影响在其干燥的过程中会导致混凝土中的一部分水分与水泥结合而其他水分蒸发，这会导致混凝土的收缩，当混凝土收缩大于其抗拉强度时便会导致这种由于收缩引起的桥梁裂缝；设计阶段构造处理不恰当，施工阶段不注意防护、使用阶段车辆的行驶以及桥梁本身的结构会导致由于荷载产生的裂缝；外部环境或结构内部的温度变换会导致裂缝的变形，若变形收到了约束会导致结构内部产生变形从而导致这种由于温度变化引起的裂缝；在温度较低时，混凝土会进行吸水，当吸水饱和时混凝土中游离的水转成冰，这会导致混凝土体积的膨胀，这种膨胀会导致这种由于冻胀引起的裂缝。
裂缝按照本身的形状以及走向可以分为以下几种：
(1)横向裂缝：这类裂缝与行车方向基本垂直，其主要分布在底板、顶板及底部层间。
(2)纵向列队：这类裂缝与行车方向基本平行，其主要分布在顶板、底板上。
(3)斜向裂缝：这类裂缝与行车方向成一定夹角的裂缝，其主要分布在腹板上。
(4)网状裂缝：这类裂缝是指由多条走向各异的裂缝交错而成的区域，其主要分布在齿板局部、横隔板、锚下。
因此，急需一种可以准确、实时测量桥梁裂缝大小的市政桥梁工程的桥梁裂缝测量装置和方法。
发明内容
本发明针对上述缺陷，提供一种外部终端上可以结合摄像头采集到的裂缝大小的图像数据和电能数据，进行比对核验裂缝大小，提高了裂缝测量的准确度的市政桥梁工程的桥梁裂缝测量装置和方法。
本发明提供如下技术方案：一种市政桥梁工程的桥梁裂缝测量装置，包括图像采集识别装置，图像采集识别装置底部设置有放置台，所述放置台为镂空形状，所述图像采集识别装置所包括的摄像头面对所述放置台的镂空位置朝下放置，所述放置台下设置有滑轮；
所述图像采集识别装置包括摄像头、与摄像头通信连接的主控模块、滑线轴、缠绕于所述滑线轴上的滑线、与所述滑线接触的集电器、与所述集电器和所述摄像头套接的伸缩杆、带动所述伸缩杆移动的电机、止动块；所述滑线外接直流电源。
进一步地，所述集电器和所述摄像头均与模数转换器、主控模块、无线通信模块通信连接。
进一步地，所述摄像头位于放置台的中央，所述伸缩杆与带有气动弹簧开关的止动块连接，所述气动弹簧开关与所述主控模块通信连接。
进一步地，所述图像采集识别装置与所述放置台之间通过两侧的铆钉固定连接。
进一步地，所述止动块下表面设置有凸起。
进一步地，所述滑线为金属材质制成的金属细线。
本发明提供一种采用上述装置的市政桥梁工程的桥梁裂缝测量方法，包括以下步骤：
1)所述摄像头将采集到的桥梁裂缝图像信息传输至所主控模块，所述主控模块向所述气动弹簧开关发出指令控制所述止动块弹出至所述放置台表面；
2)所述集电器感应位于所述滑线轴上的滑线所具有的电能，并将所述电能数据信息通过所述模数转换器转换为数字信号后，传递给所述主控模块；
3)所述主控模块将得到的电能数字信号以及摄像头采集到的图像信息进行处理结合后，得到桥梁裂缝的大小。
进一步地，所述主控模块将所述摄像头采集到的裂缝图像数据进行灰度化预处理后，增加其对比度，采用m×n像素作为平滑矩阵对每一帧图像进行分隔，将分隔后得到的图像中的中间像素的灰度值替换为所述中间像素周围像素的平均灰度值，通过对一帧图像的平滑矩阵遍历进行滑动，得到去除噪声像素的新帧图像；
然后再对得到的所述新帧图像进行自适应阈值二值化处理，最终得到削减图像干扰点的预处理后图像数据，再进行图像中的裂缝提取，最终与所述集电器所采集到的裂缝所具有的电能数据信号一起判定裂缝的大小。
进一步地，所述自适应阈值二值化处理的方法，包括以下步骤：
A1：计算一帧图像的灰度总和，得到灰度Q的平均值：
其中，xij为被分隔的图像中的第i行第j列的图像块的灰度；
A2：设置灰度阈值K＝1.4×Q，计算图像中的灰度阈值，并将图形像素与灰度阈值进行对比；
A3：提取桥梁裂缝的形状图像，如果桥梁裂缝形状图像提取结果不正常，说明此时灰度阈值不合适，则重复所述步骤A1-A2。
进一步地，如果桥梁裂缝的形状图像像素的灰度值大于阈值，则将该像素值转换为0，此时桥梁裂缝形状图像提取结果为不正常；否则将转换为1，桥梁裂缝形状图像提取结果为正常。
本发明的有益效果为：
1、本发明提供的市政桥梁工程的桥梁裂缝测量装置可以在滑轮的带动下沿着桥梁移动，并且通过无线通信模块与外部终端连接，进而在摄像头监测到桥梁有裂缝的时候，可以随时控制测量装置停下来，并通过向主控模块发送指令，将底部带有凸起的止动块固定于装置所在平面，进而集电器可以通过感应位于滑线轴的哪个位置，进而可以得到裂缝大小所代表的电能大小数据信号，传输给模数转换器后，将电能信号转换为数字信号，最终在外部终端上可以结合摄像头采集到的裂缝大小的图像数据和电能数据，进行比对核验裂缝大小，提高了裂缝测量的准确度，并能够实时提供测量数据计算和结果。
2、本发明提供的市政桥梁工程的桥梁裂缝测量方法，运用数字图像处理的算法对图像进行预处理和分割，并且运用算法对分割出来的图像进行筛选，解决了采集到的图像和视频由于光照、噪声及干扰物等因素的影响，使裂缝图像存在着对比度不足、噪声影响、边缘模糊等缺点，为裂缝的识别及尺寸测量带来不便，同时将采集到的裂缝图像信息与集电器所采集到的裂缝大小带来的电能数据信息进行比对，更加提供了桥梁裂缝大小测量的准确性。
3、本发明提供的市政桥梁工程的桥梁裂缝测量装置利用数字图像处理技术来检测桥梁裂缝，在采集桥梁表面的图像时，采用滑轮驱动测量装置移动的运动方式，并在装置上搭载摄像头来扫描桥梁底面，通过图像采集卡对图像进行A/D转换、压缩编码，再经无线通信模块传输至计算机。然后结合图像处理的基本算法在外部终端端采用了裂缝图像预处理的智能算法以去除图像中的干扰点，对桥底图像进行分析处理，识别是否含有裂缝，并记录裂缝的参数，评估桥梁的裂缝损伤情况，提高了裂缝图像数据分析的准确性。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明提供的市政桥梁工程的桥梁裂缝测量装置整体示意图；
图2为本发明提供的装置中止动块的结构示意图；
图3为本发明实施例2提供的市政桥梁工程的桥梁裂缝测量方法将裂缝图像信息分隔的像素图像块示意图。
具体实施例方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术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，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，为本实施例提供的一种市政桥梁工程的桥梁裂缝测量装置，包括图像采集识别装置2，图像采集识别装置底部设置有放置台1，所述放置台1为镂空形状，所述图像采集识别装置2所包括的摄像头2-1面对所述放置台的镂空位置朝下放置，所述放置台下设置有滑轮3；
所述图像采集识别装置2包括摄像头2-1、与摄像头通信连接的主控模块2-2、滑线轴2-3、缠绕于所述滑线轴2-3上的滑线2-4、与所述滑线2-4接触的集电器2-5、与所述集电器2-5和所述摄像头2-1套接的伸缩杆2-6、带动所述伸缩杆2-6移动的电机2-61、止动块4；所述滑线2-4外接直流电源。
集电器2-5和所述摄像头2-1均与模数转换器2-7、主控模块2-2、无线通信模块2-7通信连接，无线通信模块2-8可以将主控模块2-2接收到的摄像头采集到的实时桥梁路面信息以及裂缝图像信息，以及集电器2-5所感应到的、代表裂缝大小的电能数据转化后的数据信息传输至外部终端。模数转换器可以分别将集电器2-5得到的电能数据信号和摄像头采集到的数据信号转化为数字信号传输至主控模块2-2，再通过无线通信模块2-8传输至外部终端进行读取。
所述摄像头2-1位于放置台2的中央，所述伸缩杆2-6与带有气动弹簧开关的止动块4连接，所述气动弹簧开关与所述主控模块2-2通信连接。
图像采集识别装置2与所述放置台1之间通过两侧的铆钉1-1固定连接。
如图2所示，所述止动块4下表面设置有凸起4-1，用于当启动弹簧开关在主控模块的控制下开启止动块4时，可以固定于所述装置所在的水平面上6、根据权利要求1所述的一种市政桥梁工程的桥梁裂缝测量装置，其特征在于，所述滑线2为金属材质制成的，延展性良好的金属细线，可以便于缠绕在滑线轴2-3上，并且能够外接电源，进而可以便于集电器2-5探测得到裂缝大小所带来的电能上的区别。
工作原理：所述装置在底部滑轮3的带动下，在被监测的桥梁平面上移动，摄像头不断摄像，并传输至主控模块2-2，无线通信模块2-7将实时的桥梁路面信息传输至外部连接的终端设备，终端设备可以为平板电脑、计算机或手机客户端，当发现有裂缝时，终端设备通过无线通信模块向主控模块发送指令，主控模块向滑轮发出命令，滑轮停止滑动，摄像头2-1将采集到的桥梁裂缝图像信息传输至所主控模块2-2，所述主控模块2-2向所述气动弹簧开关4发出指令控制所述止动块4弹出至所述放置台2表面，进而为伸缩杆2-6提供止动所需要的竖直平面，进而可以使伸缩杆2-6上套接的集电器2-5感应位于所述滑线轴2-3上的滑线2-4所具有的电能，并将所述电能数据信息通过所述模数转换器2-7转换为数字信号后，传递给所述主控模块2-2，所述主控模块2-2将得到的电能数字信号以及摄像头2-1采集到的图像信息进行处理结合后，得到桥梁裂缝的大小。
实施例2
本实施例提供一种采用实施例1提供的装置的市政桥梁工程的桥梁裂缝测量方法，包括以下步骤：
1)所述摄像头2-1将采集到的桥梁裂缝图像信息传输至所主控模块2-2，所述主控模块2-2向所述气动弹簧开关4发出指令控制所述止动块4弹出至所述放置台2表面；
2)所述集电器2-5感应位于所述滑线轴2-3上的滑线2-4所具有的电能，并将所述电能数据信息通过所述模数转换器2-7转换为数字信号后，传递给所述主控模块2-2；
3)所述主控模块2-2将得到的电能数字信号以及摄像头2-1采集到的图像信息进行处理结合后，得到桥梁裂缝的大小。
所述主控模块2-2将所述摄像头2-1采集到的裂缝图像数据进行灰度化预处理后，增加其对比度，采用m×n像素(即m行n列)作为平滑矩阵对每一帧图像进行分隔，如图3所示，本实施例将裂缝图像分隔为3×3像素，将分隔后得到的图像中的中间像素A的灰度值替换为所述中间像素A周围像素的平均灰度值，通过对一帧图像的平滑矩阵遍历进行滑动，得到去除噪声像素的新帧图像；
然后再对得到的所述新帧图像进行自适应阈值二值化处理，最终得到削减图像干扰点的预处理后图像数据，再进行图像中的裂缝提取，最终与所述集电器2-5所采集到的裂缝所具有的电能数据信号一起判定裂缝的大小。
所述自适应阈值二值化处理的方法，包括以下步骤：
A1：计算一帧图像的灰度总和，得到灰度Q的平均值：
其中，xij为被分隔的图像中的第i行第j列的图像块的灰度；
本实施例中m＝3，n＝3，因此灰度Q的平均值计算公式如下：
A2：设置灰度阈值K＝1.4×Q，计算图像中的灰度阈值，并将图形像素与灰度阈值进行对比；
A3：提取桥梁裂缝的形状图像，如果桥梁裂缝形状图像提取结果不正常，说明此时灰度阈值不合适，则重复所述步骤A1-A2。
如果桥梁裂缝的形状图像像素的灰度值大于阈值，则将该像素值转换为0，此时桥梁裂缝形状图像提取结果为不正常；否则将转换为1，桥梁裂缝形状图像提取结果为正常。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种市政桥梁工程的桥梁裂缝测量装置，其特征在于，包括图像采集识别装置(2)，图像采集识别装置底部设置有放置台(1)，所述放置台(1)为镂空形状，所述图像采集识别装置(2)所包括的摄像头(2-1)面对所述放置台的镂空位置朝下放置，所述放置台下设置有滑轮(3)；
所述图像采集识别装置(2)包括摄像头(2-1)、与摄像头通信连接的主控模块(2-2)、滑线轴(2-3)、缠绕于所述滑线轴(2-3)上的滑线(2-4)、与所述滑线(2-4)接触的集电器(2-5)、与所述集电器(2-5)和所述摄像头(2-1)套接的伸缩杆(2-6)、带动所述伸缩杆(2-6)移动的电机(2-61)、止动块(4)；所述滑线(2-4)外接直流电源。
2.根据权利要求1所述的一种市政桥梁工程的桥梁裂缝测量装置，其特征在于，所述集电器(2-5)和所述摄像头(2-1)均与模数转换器(2-7)、主控模块(2-2)、无线通信模块(2-8)通信连接。
3.根据权利要求1所述的一种市政桥梁工程的桥梁裂缝测量装置，其特征在于，所述摄像头(2-1)位于放置台(2)的中央，所述伸缩杆(2-6)与带有气动弹簧开关的止动块(4)连接，所述气动弹簧开关与所述主控模块(2-2)通信连接。
4.根据权利要求1所述的一种市政桥梁工程的桥梁裂缝测量装置，其特征在于，所述图像采集识别装置(2)与所述放置台(1)之间通过两侧的铆钉(1-1)固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种市政桥梁工程的桥梁裂缝测量装置，其特征在于，所述止动块(4)下表面设置有凸起(4-1)。
6.根据权利要求1所述的一种市政桥梁工程的桥梁裂缝测量装置，其特征在于，所述滑线(2)为金属材质制成的金属细线。
7.一种采用根据权利要求1-6任一所述装置市政桥梁工程的桥梁裂缝测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)所述摄像头(2-1)将采集到的桥梁裂缝图像信息传输至所主控模块(2-2)，所述主控模块(2-2)向所述气动弹簧开关(4)发出指令控制所述止动块(4)弹出至所述放置台(2)表面；
2)所述集电器(2-5)感应位于所述滑线轴(2-3)上的滑线(2-4)所具有的电能，并将所述电能数据信息通过所述模数转换器(2-7)转换为数字信号后，传递给所述主控模块(2-2)；
3)所述主控模块(2-2)将得到的电能数字信号以及摄像头(2-1)采集到的图像信息进行处理结合后，得到桥梁裂缝的大小。
8.根据权利要求7所述的市政桥梁工程的桥梁裂缝测量方法，其特征在于，所述主控模块(2-2)将所述摄像头(2-1)采集到的裂缝图像数据进行灰度化预处理后，增加其对比度，采用m×n像素作为平滑矩阵对每一帧图像进行分隔，将分隔后得到的图像中的中间像素的灰度值替换为所述中间像素周围像素的平均灰度值，通过对一帧图像的平滑矩阵遍历进行滑动，得到去除噪声像素的新帧图像；
然后再对得到的所述新帧图像进行自适应阈值二值化处理，最终得到削减图像干扰点的预处理后图像数据，再进行图像中的裂缝提取，最终与所述集电器(2-5)所采集到的裂缝所具有的电能数据信号一起判定裂缝的大小。
9.根据权利要求8所述的市政桥梁工程的桥梁裂缝测量方法，其特征在于，所述自适应阈值二值化处理的方法，包括以下步骤：
A1：计算一帧图像的灰度总和，得到灰度Q的平均值：
其中，xij为被分隔的图像中的第i行第j列的图像块的灰度；
A2：设置灰度阈值K＝1.4×Q，计算图像中的灰度阈值，并将图形像素与灰度阈值进行对比；
A3：提取桥梁裂缝的形状图像，如果桥梁裂缝形状图像提取结果不正常，说明此时灰度阈值不合适，则重复所述步骤A1-A2。
10.根据权利要求9所述的市政桥梁工程的桥梁裂缝测量方法，其特征在于，如果桥梁裂缝的形状图像像素的灰度值大于阈值，则将该像素值转换为0，此时桥梁裂缝形状图像提取结果为不正常；否则将转换为1，桥梁裂缝形状图像提取结果为正常。
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- 2021-08-09 CN CN202110905864.8A patent/CN113607052A/zh active Pending
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