CN114544663A - 一种基于红外成像技术的建筑物完整性检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于红外成像技术的建筑物完整性检测方法，包括如下内容：确定建筑物墙壁的可拍摄区域；获取可见光影像；获取热红外影像；将可见光影像与热红外影像融合到一幅图像中，合成出建筑物墙壁温度图；并根据建筑物墙壁温度图，找出建筑物墙壁温度图中与周围区域温度差值大于3℃的缺陷区域；对各缺陷区域进行分析后，确定建筑物墙壁存在问题的类型，并出具建筑物完整性检测报告与墙壁的安全系数报告，完成建筑物完整性的检测；本发明中使用非接触方式的检测方法，通过红外热像仪对建筑物外墙进行扫描检测，因此，并不需要使用脚手架，便可以大面积的扫描建筑物外墙的是否又出现裂纹、剥落、空鼓等情况。

Description

一种基于红外成像技术的建筑物完整性检测方法

技术领域

本发明属于建筑检测技术领域，特别是涉及一种基于红外成像技术的建筑物完整性检测方法。

背景技术

目前，大城市中的房屋以高层建筑为主，小城市中的房屋两层或三层以上建筑；为了降低能耗，起到保温的作用，建筑物的墙壁大都会有保温层和防护层进行覆盖，然而随着时间的流逝，墙壁大都会出现裂纹和剥离，这将可能会破坏建筑物结构的整体性，降低结构刚度，从而影响其承载力。此外，还会影响建筑物结构的美观和建筑的安全及房屋的正常使用，还对建筑物的耐久性造成影响；另外，空气中的二氧化碳还能够通过裂缝进入，进而加速混凝土中性化(碳化)，导致混凝土强度降低，钢筋锈蚀速度变快，保护层剥落；裂缝还会使房屋结构漏水、渗水，造成发霉，缩短房屋的使用寿命。这些问题的出现已经间接地影响了城市居民正常生活地安全性，从而，对建筑物完整性的检测提出了更严格的要求。

同时，在地震、火灾等自然灾害发生后，房屋大都会产生一些较为严重的影响，在最短的时间内区分出房屋的危险程度，有利于进一步的开展安全防护工作；但是，目前的检测手段还处于通过人力来发现的初始阶段，因此，对于建筑物完整性的检测并未构筑起完整的系统。

现有技术的缺陷和不足：现有的技术手段通常使用的方法为敲击法、目测法、超生脉冲和脉冲雷达法，并不能对建筑物的外壁面进行整体、全面的检测，除此之外，现有检测技术大都需要消耗大量的人力和物力，也不具备常态性检测的条件；并且由于各个城市间的高层建筑分布十分广泛，所以很多建筑物所处的位置并不允许人们在外墙上使用传统的检测手段，对现有建筑物进行完整性检测。

申请人基于上述现状，经过分析、研究后，提出基于红外成像技术的建筑物完整性检测方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种能够直观、快速、准确地定位建筑物的破损点和建筑物的损坏范围的基于红外成像技术的建筑物完整性检测方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于红外成像技术的建筑物完整性检测方法，包括如下内容：

确定建筑物墙壁的可拍摄区域；

利用可见光成像方法对可拍摄区域进行拍摄，获取目标纹理和轮廓信息，形成可见光影像；

利用红外热成像方法对可拍摄区域进行拍摄，获取目标温度辐射强度信息，形成热红外影像；

将可见光影像与热红外影像融合到一幅图像中，合成出建筑物墙壁温度图；并根据建筑物墙壁温度图，找出建筑物墙壁温度图中与周围区域温度差值大于3℃的缺陷区域；

对各缺陷区域进行分析后，确定建筑物墙壁存在问题的类型，并出具建筑物完整性检测报告与墙壁的安全系数报告，完成建筑物完整性的检测。

优选地，对于底层建筑以及可拍摄区域面积较小的检测对象，直接采用彩色成像仪和红外热成像仪拍摄墙壁整体图像；

对于高层建筑与观测空间较窄区域，先将可拍摄区域按照一定规律进行分区域，再采用彩色成像仪和红外热成像仪逐区域拍摄墙壁各区域图像，最后将各图像整合。

优选地，对于高层建筑与观测空间较窄区域，由于无法整体拍摄或墙壁整体区域过大，首先，对墙壁的边界、边角处进行定位，然后，上传电脑进行区域定位，最后，利用无人机以从左至右、从上至下的方式进行逐区域拍摄。

优选地，在确定建筑物墙壁的可拍摄区域之前，需要检查周围环境是否适合进行彩色成像仪和红外热成像仪的检测工作，同时检测墙壁外表面是否存在对检测有影响的因素，影响因素包括局部表面是否覆盖泥土层、冰层、墙壁的颜色。

优选地，开启红外热成像仪，进行预热处理，放置20分钟，直至仪器工作稳定且图像稳定、清晰，同时与电脑连接，并检查红外热成像仪与电脑间的运行情况。

优选地，当逐区域拍摄时，分析比对热红外影像与可见光影像是否有漏拍或重复拍摄。

优选地，建筑物墙壁存在问题的类型包括壁面空鼓、壁面剥离、壁面开裂。

优选地，获取逐渐逼近多尺度的可见光影像，完成热红外影像与可见光影像的高精度定位、定姿与融合。

本发明相对于现有技术取得了以下有益效果：

1、本发明基于红外成像技术的建筑物完整性检测方法中使用非接触方式的检测方法，通过红外热像仪对建筑物外墙进行扫描检测，因此，并不需要使用脚手架，便可以大面积的扫描建筑物外墙的是否又出现裂纹、剥落、空鼓等情况。

通过红外热像仪对建筑物进行热分析，并将建筑物的温度分布情况，导入软件进行数据分析，可以在室外或室内对建筑物的墙壁整体进行完整性检测，可以在最大程度上进行节省人力和物力，同时由于方法简便可以在短期内进行多次检测，可以极大地提高建筑物的安全性。通过此检测方法，可以在建筑物附近对建筑物进行扫描检测，不需要占用公共位置，使用的人力物力极低，同时，还可以做到常态性检测，形成监测体制，及时发现问题，维护建筑物，保护人民生命财产安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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他的附图。

图1为壁面空鼓、壁面剥离、壁面开裂的状态示意图；

图2为基于红外成像技术的建筑物完整性检测方法的流程图。

具体实施方式

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至2所示，本发明提供一种基于红外成像技术的建筑物完整性检测方法，包括如下内容：

确定建筑物墙壁的可拍摄区域；

利用可见光成像方法对可拍摄区域进行拍摄，获取目标纹理和轮廓信息，形成可见光影像；

利用红外热成像方法对可拍摄区域进行拍摄，获取目标温度辐射强度信息，形成热红外影像；

将可见光影像与热红外影像融合到一幅图像中，合成出建筑物墙壁温度图；并根据建筑物墙壁温度图，找出建筑物墙壁温度图中与周围区域温度差值大于3℃的缺陷区域；

对各缺陷区域进行分析后，确定建筑物墙壁存在问题的类型，其中，建筑物墙壁存在问题的类型包括壁面空鼓、壁面剥离、壁面开裂，并出具建筑物完整性检测报告与墙壁的安全系数报告，完成建筑物完整性的检测。

其中，建筑物墙壁的热量传递起主要作用的是导热与自然对流。当建筑物出现损伤时，热量传递的过程会发生改变，使建筑物存在问题的部位与墙壁完好部位的温度分布出现差异。上述方法在天气条件适宜的情况下对建筑物墙壁进行拍摄，分别获得温度异常区域和温度正常区域的红外热像图。通过红外热像处理软件分别获得建筑物壁面温度和壁面上异常处的温度；再通过计算得到建筑物异常状况的判定系数，判定建筑物的异常状况；

具体的方法如下：

通过斯蒂芬—玻尔兹曼定律进行建筑物墙壁温度的确定：

W＝σεT⁴

式中：σ——斯蒂芬·玻尔兹曼常数，5.67×10^－8W/m²·K⁴；

ε——物体表面发射率(ε＝1)；

T——物体热力学温度，℃。

使用红外热像仪扫描建筑物外墙壁温度，发现墙壁温度异常区域，确定异常区域的类型，同时确定室内温度。

软件计算方式基本为以下几项：空气与壁面之间的自然对流，壁面、保温层和保护层间的导热。在空鼓情况下，空鼓内的气体为空气。数值分析软件进行数值赋值分析，得出分析报告。

墙面同一水平高度处的两端热通量和温差的关系为：

式中：Φ——墙壁间的换热量，W；

t₁——墙壁的外壁温度，℃；

t₀——室内温度，℃；

δ_x——墙壁每一层的厚度，m；

λ_x——墙壁每一层的导热系数，W/(m·K)；

h_y——墙壁与空气间的自然对流换热系数，W/(m²·K)。

墙壁出现完整性问题主要分为以下两种情况：

第一，条形区域

墙壁温度数据导入电脑进行数据分析，墙壁完好区域为正常传热，条形区域为空气，通过数据分析，确定条纹的深度和宽度。在分析软件中进行数据分析和处理，最后得出数据报告，并指导建筑物的维护。

第二，面型区域

墙壁温度数据导入计算机进行数据分析，室外温度大于室内温度时，异常区域温度小于周围温度，则此时墙壁为墙面剥离，通过软件进行剥离厚度与面积的分析，反之为墙面空鼓，通过软件进行空鼓厚度和面积的分析。

室外温度小于室内温度时，一场区域温度小于周围温度，则此时墙壁为墙面空鼓，通过软件进行空鼓厚度与面积的分析，反之为墙面剥离，通过软件进行剥离厚度和面积的分析。

需要注意的是：在确定建筑物墙壁的可拍摄区域之前，需要检查周围环境是否适合进行彩色成像仪和红外热成像仪的检测工作，同时检测墙壁外表面是否存在对检测有影响的因素，影响因素包括局部表面是否覆盖泥土层、冰层、墙壁的颜色。开启红外热成像仪，进行预热处理，放置20分钟，直至仪器工作稳定且图像稳定、清晰，同时与电脑连接，并检查红外热成像仪与电脑间的运行情况。

为了实现可见光/红外多源图像特征的高精度匹配，获取逐渐逼近多尺度的可见光影像，完成热红外影像与可见光影像的高精度定位、定姿与融合。

本发明中对于底层建筑以及可拍摄区域面积较小的检测对象，直接采用彩色成像仪和红外热成像仪拍摄墙壁整体图像；

对于高层建筑与观测空间较窄区域，先将可拍摄区域按照一定规律进行分区域，再采用彩色成像仪和红外热成像仪逐区域拍摄墙壁各区域图像，最后将各图像整合。其中，对于高层建筑与观测空间较窄区域，由于无法整体拍摄或墙壁整体区域过大，首先，对墙壁的边界、边角处进行定位，然后，上传电脑进行区域定位，最后，利用无人机以从左至右、从上至下的方式进行逐区域拍摄。当逐区域拍摄时，分析比对热红外影像与可见光影像是否有漏拍或重复拍摄。

针对上述方案，作如下实施例介绍：

实施例一：城市高层建筑及超高层建筑

对于城市的高层建筑及超高层建筑，由于城市本身的特殊性，一般情况下，需要拍摄的墙壁面积非常巨大，因此需要进行分区域检测。

首先，确定检查环境是否适合进行红外热成像仪的检测，同时观察墙壁外表面是否存在对检测有较大影响的因素，如：局部表面是否覆盖明显的泥土层、冬季墙壁的局部表面是否覆盖有冰层；

然后，开启红外热成像仪，进行预热处理，放置20分钟，直至仪器工作稳定且图像稳定、清晰，同时与电脑连接，并检查红外热成像仪与电脑间的运行情况。

其次，利用可见光影像和热红外影响特征的高精度自动配准，及墙壁的全自动提取。先对墙壁的边界、边角处进行定位，上传电脑进行区域定位，然后，调整红外热成像仪的拍摄角度、与墙壁间的距离，最后，进行墙壁的逐区域拍摄，并上传图像至电脑，获取逐渐逼近多尺度序列影像的高精度定位、定姿与融合。

最后，利用红外热成像仪配套软件合成出建筑物墙壁温度图，对图像进行分析比对，找出建筑物墙壁颜色明显与其它管道颜色不同的地方，设计深度分析软件；

最终，确定建筑物墙壁存在问题的类型，并出具建筑物完整性检测报告与墙壁的安全系数，即完成建筑物完整性的检测。

实施例二：城市、乡镇低层建筑

对于城市、乡镇的低层建筑，由于城市本身的特殊性，一般情况下，仅需要对墙壁进行整体拍摄便可以满足分析的需要。

首先，确定检查环境是否适合进行红外热成像仪的检测，同时观察墙壁外表面是否存在对检测有较大影响的因素，如：局部表面是否覆盖明显的泥土层、冬季墙壁的局部表面是否覆盖有冰层；

然后，开启红外热成像仪，进行预热处理，放置20分钟，直至仪器工作稳定且图像稳定、清晰，同时与电脑连接，并检查红外热成像仪与电脑间的运行情况。

其次，利用可见光影像和热红外影响特征的高精度自动配准，及墙壁的全自动提取。先对墙壁的边界、边角处进行定位，上传电脑进行区域定位，然后，调整红外热成像仪的拍摄角度、与墙壁间的距离，最后，进行墙壁的整体拍摄，并上传图像至电脑，获取逐渐逼近多尺度序列影像的高精度定位、定姿与融合。

最后，利用红外热成像仪配套软件合成出建筑物墙壁温度图，对图像进行分析比对，找出建筑物墙壁颜色明显与其它管道颜色不同的地方，设计深度分析软件；

最终，确定建筑物墙壁存在问题的类型，并出具建筑物完整性检测报告与墙壁的安全系数，即完成建筑物完整性的检测。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于红外成像技术的建筑物完整性检测方法，其特征在于，包括如下内容：

确定建筑物墙壁的可拍摄区域；

利用可见光成像方法对可拍摄区域进行拍摄，获取目标纹理和轮廓信息，形成可见光影像；

利用红外热成像方法对可拍摄区域进行拍摄，获取目标温度辐射强度信息，形成热红外影像；

将可见光影像与热红外影像融合到一幅图像中，合成出建筑物墙壁温度图；并根据建筑物墙壁温度图，找出建筑物墙壁温度图中与周围区域温度差值大于3℃的缺陷区域；

对各缺陷区域进行分析后，确定建筑物墙壁存在问题的类型，并出具建筑物完整性检测报告与墙壁的安全系数报告，完成建筑物完整性的检测。

2.根据权利要求1所述的基于红外成像技术的建筑物完整性检测方法，其特征在于，对于底层建筑以及可拍摄区域面积较小的检测对象，直接采用彩色成像仪和红外热成像仪拍摄墙壁整体图像；

对于高层建筑与观测空间较窄区域，先将可拍摄区域按照一定规律进行分区域，再采用彩色成像仪和红外热成像仪逐区域拍摄墙壁各区域图像，最后将各图像整合。

3.根据权利要求2所述的基于红外成像技术的建筑物完整性检测方法，其特征在于，对于高层建筑与观测空间较窄区域，由于无法整体拍摄或墙壁整体区域过大，首先，对墙壁的边界、边角处进行定位，然后，上传电脑进行区域定位，最后，利用无人机以从左至右、从上至下的方式进行逐区域拍摄。

4.根据权利要求3所述的基于红外成像技术的建筑物完整性检测方法，其特征在于，在确定建筑物墙壁的可拍摄区域之前，需要检查周围环境是否适合进行彩色成像仪和红外热成像仪的检测工作，同时检测墙壁外表面是否存在对检测有影响的因素，影响因素包括局部表面是否覆盖泥土层、冰层、墙壁的颜色。

5.根据权利要求2所述的基于红外成像技术的建筑物完整性检测方法，其特征在于，开启红外热成像仪，进行预热处理，放置20分钟，直至仪器工作稳定且图像稳定、清晰，同时与电脑连接，并检查红外热成像仪与电脑间的运行情况。

6.根据权利要求2或3所述的基于红外成像技术的建筑物完整性检测方法，其特征在于，当逐区域拍摄时，分析比对热红外影像与可见光影像是否有漏拍或重复拍摄。

7.根据权利要求1所述的基于红外成像技术的建筑物完整性检测方法，其特征在于，建筑物墙壁存在问题的类型包括壁面空鼓、壁面剥离、壁面开裂。

8.根据权利要求1所述的基于红外成像技术的建筑物完整性检测方法，其特征在于，获取逐渐逼近多尺度的可见光影像，完成热红外影像与可见光影像的高精度定位、定姿与融合。

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