CN114199387A - 一种高支模混凝土浇筑监测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑施工安全监测技术领域，具体为一种高支模混凝土浇筑监测装置及其方法，包括具有红外与可见光成像的装置，数据传输设备，数据处理与分析设备和移动终端设备，所述具有红外与可见光成像的装置，数据传输设备，数据处理与分析设备和移动终端设备之间电性连接，其结构合理，解决了以往在恶劣环境下无法达到监测效果的问题，能够更直观、更精确的识别混凝土浇筑顺序及浇筑范围，并与最不利的浇筑情形作对比，分析判断高支模架体的安全状况，有效的降低高支模工程事故发生的概率。

Description

一种高支模混凝土浇筑监测装置及其方法

技术领域

本发明涉及建筑施工安全监测技术领域，具体为一种高支模混凝土浇筑监测装置及其方法。

背景技术

近年来，随着城市现代化进程的快速发展，城市中大跨度、超高层以及各种复杂型式的建筑结构逐渐增多，高大模板支撑体系在工程领域中的应用也越来越广泛。高大模板支撑体系简称为高支模体系，是指混凝土构件模板支撑系统高度8m及以上，或搭设跨度18m及以上的模板支撑系统，属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程。正由于高支模工程具有复杂性、高危性、事故突发性等特点，导致高支模事故频频发生坍塌安全事故。在高支模工程施工过程中，混凝土浇筑阶段为最危险、最易发生事故时期。当进行混凝土浇筑时，施工现场的实际浇筑顺序往往与设计人员所规定的浇筑顺序不同，导致高支模架体出现部分区域承受过大的混凝土荷载、施工荷载，容易导致高支模架体变形过大或承载过大，诱发高支模支撑架构件失效，使得高支模体系发生局部坍塌或整体倾覆，导致现场作业人员伤亡和经济财产损失的恶性安全质量事故发生。因此，在高支模工程施工过程中，对高支模混凝土浇筑过程进行安全监测与警示显得尤为重要，需要采取更为行之有效的方法对高支模混凝土浇筑过程进行监测，避免事故的发生。

现有的对混凝土浇筑监测通常是对混凝土浇筑状态监测、混凝土浇筑温度监测、混凝土浇筑过程中模板沉降、变形监测及混凝土浇筑中非法浇筑物检测。例如，对混凝土浇筑状态监测(见专利CN113237948A-一种混凝土浇筑过程监测装置、CN204165863U-一种用于监测混凝土质量的混凝土浇筑连续性监测仪、CN205620318U-一种荧光混凝土检测装置)及混凝土浇筑温度监测(如专利CN104532883B-一种桩基混凝土浇筑的监测方法、CN108955949-一种大体积混凝土施工温度远程监控方法及装置、CN110056189A-一种利用物联网监测控制大体积混凝土施工的方法、CN106768432A-一种基于BIM的大体积混凝土实时温度监测、预警方法)，尽管可以提高混凝土的浇筑质量，提高混凝土结构内部质量，保证施工效率，但并不能够针对高支模混凝土浇筑阶段的高危性、事故多发性的特点来有效降低混凝土浇筑过程产生的施工风险。对于混凝土浇筑过程中模板沉降、变形监测(专利CN214096005U-一种用于混凝土浇筑过程中模板沉降监测装置、CN214537758U-一种在线监测混凝土浇筑用高支模板变形报警装置、CN112241949A-一种融合计算机视觉技术的混凝土浇筑模具智能监测装置)尽管在一定程度上可以降低高支模混凝土浇筑时发生危险的可能，但仍存在一定缺陷。例如当该监测装置所监测区域的模板沉降、变形值为正常值时，其未被监测区域的模板沉降、变形值可能远超出合理范围。此外，由于高支模体系最危险时期为混凝土浇筑期间，往往在极短时间内形成整体倒塌，在短时间内实现提前预警并疏散现场人员难度极大。对于混凝土浇筑中非法浇筑物检测(专利CN111626151A-一种基于人工智能视频分析的混凝土浇筑中非法浇筑物检测方法)，尽管在一定程度上避免了人工现场监督管理的相关缺陷、提高混凝土浇筑的施工效率，但并未涉及到混凝土浇筑顺序的监测，不能够降低高支模在混凝土浇筑过程中因产生过量荷载导致发生整体倾覆的风险。

有鉴于此，目前亟需发明一种采用机器视觉的方法监测高支模体系混凝土浇筑顺序。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。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。

鉴于现有技术中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的是提供一种高支模混凝土浇筑监测装置及其方法，将红外与可见光图像融合的目标识别技术应用在监测混凝土浇筑施工过程中，极大的提高了在光线不佳以及夜间环境下的监测效果，解决了以往在恶劣环境下无法达到监测效果的问题，能够更直观、更精确的识别混凝土浇筑顺序及浇筑范围，并与最不利的浇筑情形作对比，分析判断高支模架体的安全状况，有效的降低高支模工程事故发生的概率。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种高支模混凝土浇筑监测装置及其方法，其包括具有红外与可见光成像的装置，数据传输设备，数据处理与分析设备和移动终端设备，所述具有红外与可见光成像的装置，数据传输设备，数据处理与分析设备和移动终端设备之间电性连接。

作为本发明所述的一种高支模混凝土浇筑监测装置及其方法的一种优选方案，其中：所述具有红外与可见光成像的装置包括具有红外热成像与可见光成像功能的摄像装置，对高支模混凝土浇筑过程进行实时视频图像采集。

作为本发明所述的一种高支模混凝土浇筑监测装置及其方法的一种优选方案，其中：所述通过数据传输设备在应用环境中构建高速无线数据传输网络，将采集到的高支模混凝土浇筑过程视频图像通过无线网络向处理与分析设备发送。

作为本发明所述的一种高支模混凝土浇筑监测装置及其方法的一种优选方案，其中：所述数据处理与分析设备接收具有红外与可见光成像的装置实时传输的视频，并进行图像融合、检测、识别等方法对视频进行处理，识别各区域混凝土浇筑顺序以及浇筑范围，并与最不利的浇筑情形作对比，分析判断高支模架体的安全状况。

作为本发明所述的一种高支模混凝土浇筑监测装置及其方法的一种优选方案，其中：所述移动终端设备接收数据处理与分析设备传输的结果，将高支模架体各区域混凝土实时的浇筑顺序以及浇筑范围以可视化的方式显示出来。

作为本发明所述的一种高支模混凝土浇筑监测装置及其方法的一种优选方案，其中：包括如下步骤：

步骤1：通过具有红外热成像与可见光成像功能的摄像装置，对高支模混凝土浇筑过程进行视频图像采集，实时采集浇筑现场的红外与可见光视频图像；

步骤2：数据传输设备将采集到的高支模混凝土浇筑过程视频图像通过无线网络向处理与分析设备发送；

步骤3：数据处理与分析设备接收具有红外与可见光成像的装置实时传输的视频，并进行图像融合、检测、识别等方法对视频进行处理，识别各区域混凝土浇筑顺序以及浇筑范围，并与最不利的浇筑情形作对比，分析判断高支模架体的安全状况；

步骤4：移动终端设备接收数据处理与分析设备传输的结果，将高支模架体各区域混凝土实时的浇筑顺序以及浇筑范围以可视化的方式显示出来。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用机器视觉的方法监测高支模体系混凝土浇筑顺序，来解决对于当前在混凝土浇筑过程中的监测方法存在的一些问题，例如仅针对混凝土浇筑状态进行监测，不能够针对高支模混凝土浇筑阶段的高危性、事故多发性的特点来有效降低混凝土浇筑过程产生的施工风险；当监测装置所监测区域的模板沉降、变形值为正常值时，其未被监测区域的模板沉降、变形值可能远超出合理范围；高支模体系的整体倒塌往往在极短时间内形成，在短时间内实现提前预警并疏散现场人员难度极大；未涉及到混凝土浇筑顺序的监测，不能够降低高支模在混凝土浇筑过程中因产生过量荷载导致发生整体倾覆的风险等问题。该方法采用具有红外与可见光成像的装置，数据传输设备，数据处理与分析设备，移动终端设备作为主要监测装置，利用混凝土浇筑时放热以及混凝土浇筑往往在夜间进行的特点，将红外与可见光图像融合的目标识别技术应用在监测混凝土浇筑施工过程中，极大的提高了在光线不佳以及夜间环境下的监测效果，解决了以往在恶劣环境下无法达到监测效果的问题，能够更直观、更精确的识别混凝土浇筑顺序及浇筑范围，并与最不利的浇筑情形作对比，分析判断高支模架体的安全状况，有效的降低高支模工程事故发生的概率。若发现混凝土浇筑顺序未按计划实施，导致部分区域因承受过量荷载可能发生危险，可提前阻止继续浇筑并疏散工作人员尽快撤离现场。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，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为本发明机器视觉监测高支模体系混凝土浇筑顺序主视图；

图2为本发明机器视觉监测高支模体系混凝土浇筑顺序侧视图。

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，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

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方式的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，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。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

一种高支模混凝土浇筑监测装置及其方法，其包括具有红外与可见光成像的装置，数据传输设备，数据处理与分析设备和移动终端设备，所述具有红外与可见光成像的装置，数据传输设备，数据处理与分析设备和移动终端设备之间电性连接。

其中：所述具有红外与可见光成像的装置包括具有红外热成像与可见光成像功能的摄像装置，对高支模混凝土浇筑过程进行实时视频图像采集。

其中：所述通过数据传输设备在应用环境中构建高速无线数据传输网络，将采集到的高支模混凝土浇筑过程视频图像通过无线网络向处理与分析设备发送。

其中：所述数据处理与分析设备接收具有红外与可见光成像的装置实时传输的视频，并进行图像融合、检测、识别等方法对视频进行处理，识别各区域混凝土浇筑顺序以及浇筑范围，并与最不利的浇筑情形作对比，分析判断高支模架体的安全状况。

其中：所述移动终端设备接收数据处理与分析设备传输的结果，将高支模架体各区域混凝土实时的浇筑顺序以及浇筑范围以可视化的方式显示出来。

其中：包括如下步骤：

步骤1：通过具有红外热成像与可见光成像功能的摄像装置，对高支模混凝土浇筑过程进行视频图像采集，实时采集浇筑现场的红外与可见光视频图像；

步骤2：数据传输设备将采集到的高支模混凝土浇筑过程视频图像通过无线网络向处理与分析设备发送；

步骤3：数据处理与分析设备接收具有红外与可见光成像的装置实时传输的视频，并进行图像融合、检测、识别等方法对视频进行处理，识别各区域混凝土浇筑顺序以及浇筑范围，并与最不利的浇筑情形作对比，分析判断高支模架体的安全状况；

步骤4：移动终端设备接收数据处理与分析设备传输的结果，将高支模架体各区域混凝土实时的浇筑顺序以及浇筑范围以可视化的方式显示出来。

具体的，可见光成像作为最常见的成像方式，所成图像分辨率高，细节信息全面丰富，能够很好地监测混凝土浇筑的视频图像。但其缺点是受光线影响十分明显，在夜间、天气恶劣等情况下成像效果较差。而红外热成像技术通过探测物体的热辐射成像，具有较强的抗干扰能力，可以在光线不佳的条件下工作，突破了可见光不能在夜间成像的限制。正由于混凝土浇筑时会产生大量热量以及混凝土浇筑往往在夜间进行的特征，可利用红外热成像技术识别混凝土红外热辐射量的大小，从而转换为对应图像。通过采用具有红外热成像与可见光成像功能的摄像装置，将摄像装置安装在固定立杆顶端上，摄像装置安装的位置可以俯视观测到高支模架体的全部范围。通过数据处理与分析设备进行融合、检测、识别等方法对混凝土浇筑视频图像进行处理，解决了以往在恶劣环境下无法达到监测效果的问题，极大提高了混凝土浇筑视频图像识别的精度，能够更直观、更精确的识别混凝土浇筑顺序及浇筑范围。移动终端设备将高支模架体各区域混凝土实时的浇筑顺序以及浇筑范围以可视化的方式显示出来，并与最不利的浇筑情形作对比，分析判断高支模架体的安全状况，有效的降低高支模工程事故发生的概率。移动终端设备将高支模架体各区域混凝土实时的浇筑顺序以及浇筑范围以可视化的方式显示出来，更清晰直观的了解高支模架体的安全状态。若发现混凝土浇筑顺序未按计划实施，导致部分区域因承受过量荷载可能发生危险，可提前阻止继续浇筑并疏散工作人员尽快撤离现场。

其中，关于运用空间域图像融合方法中的加权平均融合法处理混凝土浇筑过程的红外与可见光视频图像，极大的提高了在光线不佳以及夜间环境下的监测效果，更精确的识别混凝土。空间域图像融合方法不需要对待融合的源图像进行任何形式的分解变换，而是直接对待融合源图像中的对应的像素点进行处理，如通过加权平均等操作后，获得一幅新的图像的过程。该类融合方法具有运行速度快，计算简单的特点，对融合处理速度要求高的场景非常适合。其中加权平均融合法是最基本的空间域图像融合方法，在很多变换域的低频系数融合过程中也普遍采取该方法，该方法的融合过程可描述为：F(i,j)＝ω1A(i,j)+ω2B(i,j)，其中，F为融合图像；(i,j)表示像素点的位置索引；ω₁、ω₂为权重值，且满足ω₁+ω₂＝1。

由于监测过程中摄像拍摄的位置固定，所以混凝土浇筑过程中浇筑顺序的识别采用目标检测算法中的帧差法。帧差法的基本原理主要是基于运动目标在相邻的帧之间有位移，而背景图像在相邻的帧之间的位置是相对固定的条件下，如果使用相邻的帧进行点对点的相减，那么所得的运动目标区域的差值会很大，而背景部分的差值则接近于0(理想状态下是0)。三帧差分法是通过提取连续三帧图像来分别计算相邻两帧图像的差分图像，然后又将所得到的两个差分图像进行对应像素的相与操作，从而提取出运动目标。设I_t-1(x,y)，I_t(x,y)，I_t+1(x,y)分别为连续的三帧图像，将I_t-1(x,y)和I_t(x,y)、I_t(x,y)和I_t+1(x,y)分别差分，将所得到的两个差分图像的对应像素相与，得到差分图像

最后，根据公式

对D_t(x,y)进行用某个阈值T的阈值分割得二值图像W(x,y)。

虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而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，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (6)

1.一种高支模混凝土浇筑监测装置，其特征在于：包括具有红外与可见光成像的装置，数据传输设备，数据处理与分析设备和移动终端设备，所述具有红外与可见光成像的装置，数据传输设备，数据处理与分析设备和移动终端设备之间电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种高支模混凝土浇筑监测装置，其特征在于：所述具有红外与可见光成像的装置包括具有红外热成像与可见光成像功能的摄像装置，对高支模混凝土浇筑过程进行实时视频图像采集。

3.根据权利要求1所述的一种高支模混凝土浇筑监测装置，其特征在于：所述通过数据传输设备在应用环境中构建高速无线数据传输网络，将采集到的高支模混凝土浇筑过程视频图像通过无线网络向处理与分析设备发送。

4.根据权利要求1所述的一种高支模混凝土浇筑监测装置，其特征在于：所述数据处理与分析设备接收具有红外与可见光成像的装置实时传输的视频，并进行图像融合、检测、识别等方法对视频进行处理，识别各区域混凝土浇筑顺序以及浇筑范围，并与最不利的浇筑情形作对比，分析判断高支模架体的安全状况。

5.根据权利要求1所述的一种高支模混凝土浇筑监测装置，其特征在于：所述移动终端设备接收数据处理与分析设备传输的结果，将高支模架体各区域混凝土实时的浇筑顺序以及浇筑范围以可视化的方式显示出来。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种高支模混凝土浇筑监测装置的监测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：通过具有红外热成像与可见光成像功能的摄像装置，对高支模混凝土浇筑过程进行视频图像采集，实时采集浇筑现场的红外与可见光视频图像；

步骤2：数据传输设备将采集到的高支模混凝土浇筑过程视频图像通过无线网络向处理与分析设备发送；

步骤3：数据处理与分析设备接收具有红外与可见光成像的装置实时传输的视频，并进行图像融合、检测、识别等方法对视频进行处理，识别各区域混凝土浇筑顺序以及浇筑范围，并与最不利的浇筑情形作对比，分析判断高支模架体的安全状况；

步骤4：移动终端设备接收数据处理与分析设备传输的结果，将高支模架体各区域混凝土实时的浇筑顺序以及浇筑范围以可视化的方式显示出来。

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