CN114778558A - 基于视频图像的桥梁监测装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于视频图像的桥梁监测装置、系统及方法，属于图像数据处理技术领域，通过摄像装置、数据存储装置、镜片位移检测装置、镜片湿度检测装置、镜片污物检测装置、镜片划伤检测装置、镜片龟裂检测装置、镜片形变检测装置之间的配合，提供了一个合理的设备运行状态检修方案；并且，根据不同的异常情况，本方案还可以进行不同程度的异常自动修复，判断出当前异常为不可修复异常时，可及时进行相应的异常报警，远程数据监控中心的工作人员可根据对应的异常进行快速反应。并且，各个检测装置所检测的异常程度属于严重程度逐渐递进的，由轻度异常到重度异常的依次检测判断过程可极大程度上降低各个检测装置的误判率。

Description

基于视频图像的桥梁监测装置、系统及方法

技术领域

本发明属于图像数据处理技术领域，具体涉及基于视频图像的桥梁监测装置、系统及方法。

背景技术

桥梁状态监测技术作为工程技术领域的重要部分，对桥梁的安全通行起着极其重要的作用，桥梁底面的裂缝的发生和发育是桥梁出现健康问题的重要表现；现有技术中，主要通过人工巡检的方式对桥梁的状态进行检测，人工巡检采用定期或者不定期的方式进行，然而，桥梁的状态发生变化，如桥梁裂缝产生，裂缝产生后是如何发展的等问题通过人工巡检的方式无法进行确定，更不能确定不良状态的发展方向。针对上述情况，现阶段也设计了基于视频图像数据分析的桥梁状态监测技术，将桥梁健康状态的图像数据预存起来，然后通过摄像装置采集桥梁的实时图像数据，将实时图像数据与预存图像数据进行对比分析，从而自动化得到桥梁不良状态及其后续发展方向。

但是，现阶段关于基于视频图像数据分析的桥梁状态监测技术而言，没有设计合理的设备运行状态检修方案，并且，开展桥梁状态监测工作的摄像装置存在的应用环境极为恶劣，会长时间经受风吹日晒雨淋等，导致摄像装置故障发生率较高，尤其是摄像头镜片问题最为严重；并且，桥梁状态监测用设备均是工程公司招标选择的批量化产品，而设备报价是招标方案最为看重的部分，所以摄像装置产品自身品质也不是最佳；综合起来看，针对开展桥梁状态监测工作的摄像装置设计故障自动监测方案是必要的。

因此，现阶段需设计基于视频图像的桥梁监测装置、系统及方法，来解决以上问题。

发明内容

本发明目的在于提供基于视频图像的桥梁监测装置、系统及方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，现阶段关于基于视频图像数据分析的桥梁状态监测技术而言，没有设计合理的设备运行状态检修方案，并且，开展桥梁状态监测工作的摄像装置存在的应用环境极为恶劣，会长时间经受风吹日晒雨淋等，导致摄像装置故障发生率较高，尤其是摄像头镜片问题最为严重；并且，桥梁状态监测用设备均是工程公司招标选择的批量化产品，而设备报价是招标方案最为看重的部分，所以摄像装置产品自身品质也不是最佳；综合起来看，针对开展桥梁状态监测工作的摄像装置设计故障自动监测方案是必要的。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

基于视频图像的桥梁监测装置，包括摄像装置、控制装置、数据存储装置，还包括镜片位移检测装置、镜片湿度检测装置、镜片污物检测装置、镜片划伤检测装置、镜片龟裂检测装置、镜片形变检测装置；所述控制装置分别与所述摄像装置、数据存储装置、镜片位移检测装置、镜片湿度检测装置、镜片污物检测装置、镜片划伤检测装置、镜片龟裂检测装置、镜片形变检测装置连接，实现数据交互；

所述摄像装置用于采集桥梁目标位置的实时图像数据；

所述数据存储装置用于存储桥梁目标位置的标准图像数据；

其中，实时图像数据和标准图像数据均为桥梁底部目标位置的图像，二者对比用于判断桥梁底部目标位置是否产生裂缝；

所述镜片位移检测装置用于检测摄像装置镜片是否发生位移；

所述镜片湿度检测装置用于检测摄像装置镜片的湿度是否异常；

所述镜片污物检测装置用于检测摄像装置镜片上是否存在污物；

所述镜片划伤检测装置用于检测摄像装置镜片上是否存在划痕；

所述镜片龟裂检测装置用于检测摄像装置镜片是否发生龟裂；

所述镜片形变检测装置用于检测摄像装置镜片是否发生形变。

进一步的，所述镜片位移检测装置、镜片湿度检测装置、镜片污物检测装置、镜片划伤检测装置、镜片龟裂检测装置、镜片形变检测装置常闭；

所述控制装置将所述实时图像数据与所述标准图像数据对比分析，若所述实时图像数据与所述标准图像数据不匹配，则所述镜片位移检测装置开启，否则，所述镜片位移检测装置关闭；

所述镜片位移检测装置检测到摄像装置镜片未发生位移时，所述镜片湿度检测装置开启，否则，所述镜片湿度检测装置关闭；

所述镜片湿度检测装置检测到摄像装置镜片的湿度未异常时，所述镜片污物检测装置开启，否则，所述镜片污物检测装置关闭；

所述镜片污物检测装置检测到摄像装置镜片上不存在污物时，所述镜片划伤检测装置开启，否则，所述镜片划伤检测装置关闭；

所述镜片划伤检测装置检测到摄像装置镜片上不存在划痕时，所述镜片龟裂检测装置开启，否则，所述镜片龟裂检测装置关闭；

所述镜片龟裂检测装置检测到摄像装置镜片未发生龟裂时，所述镜片形变检测装置开启，否则，所述镜片形变检测装置关闭；

所述镜片形变检测装置检测到摄像装置镜片未发生形变时，则所述控制装置判断所述摄像装置镜片未故障且判断所述摄像装置需介入人工检修。

进一步的，还包括镜片位置矫正装置和镜片位置异常报警装置；所述控制装置分别与所述镜片位置矫正装置、镜片位置异常报警装置连接。

进一步的，还包括镜片湿度调节装置和镜片湿度异常报警装置；所述控制装置分别与所述镜片湿度调节装置、镜片湿度异常报警装置连接。

进一步的，还包括镜片污物清洁装置和镜片污物异常报警装置；所述控制装置分别与所述镜片污物清洁装置、镜片污物异常报警装置连接。

进一步的，还包括镜片划伤异常报警装置；所述控制装置与所述镜片划伤异常报警装置连接。

进一步的，还包括镜片龟裂异常报警装置；所述控制装置与所述镜片龟裂异常报警装置连接。

进一步的，还包括镜片形变异常报警装置；所述控制装置与所述镜片形变异常报警装置连接。

基于视频图像的桥梁监测系统，包括如上述的基于视频图像的桥梁监测装置，还包括云端数据中心，所述云端数据中心用于与所述基于视频图像的桥梁监测装置进行远程数据交互。

基于视频图像的桥梁监测方法，采用如上述的基于视频图像的桥梁监测装置进行基于视频图像的桥梁监测。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

本方案其中一个有益效果在于，通过摄像装置、数据存储装置、镜片位移检测装置、镜片湿度检测装置、镜片污物检测装置、镜片划伤检测装置、镜片龟裂检测装置、镜片形变检测装置之间的配合，提供了一个合理的设备运行状态检修方案；并且，根据不同的异常情况，本方案还可以进行不同程度的异常自动修复，判断出当前异常为不可修复异常时，可及时进行相应的异常报警，远程数据监控中心的工作人员可根据对应的异常进行快速反应。并且，各个检测装置所检测的异常程度属于严重程度逐渐递进的，由轻度异常到重度异常的依次检测判断过程可极大程度上降低各个检测装置的误判率。

附图说明

图1为本申请实施例的桥梁监测装置结构示意图。

图2为本申请实施例的原理步骤流程示意图。

图3为本申请实施例的桥梁监测装置一个优化结构示意图。

图4为本申请实施例桥梁监测系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

现阶段关于基于视频图像数据分析的桥梁状态监测技术而言，没有设计合理的设备运行状态检修方案，并且，开展桥梁状态监测工作的摄像装置存在的应用环境极为恶劣，会长时间经受风吹日晒雨淋等，导致摄像装置故障发生率较高，尤其是摄像头镜片问题最为严重；并且，桥梁状态监测用设备均是工程公司招标选择的批量化产品，而设备报价是招标方案最为看重的部分，所以摄像装置产品自身品质也不是最佳；综合起来看，针对开展桥梁状态监测工作的摄像装置设计故障自动监测方案是必要的。

如图1所示，提出基于视频图像的桥梁监测装置，包括摄像装置、控制装置、数据存储装置，还包括镜片位移检测装置、镜片湿度检测装置、镜片污物检测装置、镜片划伤检测装置、镜片龟裂检测装置、镜片形变检测装置；所述控制装置分别与所述摄像装置、数据存储装置、镜片位移检测装置、镜片湿度检测装置、镜片污物检测装置、镜片划伤检测装置、镜片龟裂检测装置、镜片形变检测装置连接，实现数据交互；

所述摄像装置用于采集桥梁目标位置的实时图像数据；

所述数据存储装置用于存储桥梁目标位置的标准图像数据；

其中，实时图像数据和标准图像数据均为桥梁底部目标位置的图像，二者对比用于判断桥梁底部目标位置是否产生裂缝；

所述镜片位移检测装置用于检测摄像装置镜片是否发生位移；镜片位移检测装置可选用第一红外检测仪，通过第一红外检测仪可快速检测出摄像装置镜片是否发生了异常位移，并向控制装置进行反馈。

所述镜片湿度检测装置用于检测摄像装置镜片的湿度是否异常；镜片湿度检测装置可选用湿度传感器，通过湿度传感器可快速检测出摄像装置镜片的湿度是否异常，并向控制装置进行反馈。

所述镜片污物检测装置用于检测摄像装置镜片上是否存在污物；镜片污物检测装置可选用第一超声波探头，通过第一超声波探头可快速检测出摄像装置镜片上是否存在污物，并向控制装置进行反馈。

所述镜片划伤检测装置用于检测摄像装置镜片上是否存在划痕；镜片划伤检测装置可选用第二超声波探头，通过第二超声波探头可快速检测出摄像装置镜片上是否存在划伤，并向控制装置进行反馈。

所述镜片龟裂检测装置用于检测摄像装置镜片是否发生龟裂；镜片龟裂检测装置可选用第三超声波探头，通过第三超声波探头可快速检测出摄像装置镜片上是否存在龟裂，并向控制装置进行反馈。

所述镜片形变检测装置用于检测摄像装置镜片是否发生形变。镜片形变检测装置可选用第二红外检测仪，通过第二红外检测仪可快速检测出摄像装置镜片是否发生了形变，并向控制装置进行反馈

上述方案中，针对现阶段基于视频图像数据分析的桥梁状态监测技术存在运行状态检修缺陷，提出由镜片位移检测装置、镜片湿度检测装置、镜片污物检测装置、镜片划伤检测装置、镜片龟裂检测装置、镜片形变检测装置组成的进阶型检修方案，主要针对摄像装置的镜片是否异常开展；其中，镜片位移、镜片湿度和镜片污物存在异常时，可通过后续的自动调节处理方案进行自动的负反馈调节；镜片划伤、镜片龟裂和镜片形变存在异常时，控制装置判定为不可调节型异常，需进行对应的异常报警警示，然后人工介入进行检修维护。因此，本方案提出的设备运行状态检修方案具备极强的针对性，并且多维度的异常检测也能够提升镜片异常检测的可靠性，避免出现异常情况的遗漏。

如图2所示，进一步的，所述镜片位移检测装置、镜片湿度检测装置、镜片污物检测装置、镜片划伤检测装置、镜片龟裂检测装置、镜片形变检测装置常闭；

所述控制装置将所述实时图像数据与所述标准图像数据对比分析，若所述实时图像数据与所述标准图像数据不匹配，则所述镜片位移检测装置开启，否则，所述镜片位移检测装置关闭；

所述镜片位移检测装置检测到摄像装置镜片未发生位移时，所述镜片湿度检测装置开启，否则，所述镜片湿度检测装置关闭；

所述镜片湿度检测装置检测到摄像装置镜片的湿度未异常时，所述镜片污物检测装置开启，否则，所述镜片污物检测装置关闭；

所述镜片污物检测装置检测到摄像装置镜片上不存在污物时，所述镜片划伤检测装置开启，否则，所述镜片划伤检测装置关闭；

所述镜片划伤检测装置检测到摄像装置镜片上不存在划痕时，所述镜片龟裂检测装置开启，否则，所述镜片龟裂检测装置关闭；

所述镜片龟裂检测装置检测到摄像装置镜片未发生龟裂时，所述镜片形变检测装置开启，否则，所述镜片形变检测装置关闭；

所述镜片形变检测装置检测到摄像装置镜片未发生形变时，则所述控制装置判断所述摄像装置镜片未故障且判断所述摄像装置需介入人工检修。

上述方案中，将上述几个检测装置进行分级，由实时图像数据与标准图像数据不匹配时作为镜片位移检测装置的触发信号，接着后续的镜片湿度检测装置、镜片污物检测装置、镜片划伤检测装置、镜片龟裂检测装置、镜片形变检测装置依次触发，从而形成最少六级的异常检测判断，提升异常检测判断可靠性的同时，对各类异常进行精准的定位，便于后续检修工作人员开展对应的检修工作，提高人效。值得注意的是，镜片位移、镜片湿度、镜片污物、镜片划伤、镜片龟裂、镜片形变，这几中摄像装置镜片异常现象是我们在进行人工巡检时遇到过的情况，其中，镜片位移、镜片湿度、镜片污物、镜片划伤最为常见，镜片龟裂、镜片形变为使用寿命较长的摄像装置镜片出现过的情况；但是本方案中未明确的其他异常情况也属于本方案的内容，作为介入人工检修的部分。

如图3所示，进一步的，还包括镜片位置矫正装置和镜片位置异常报警装置；所述控制装置分别与所述镜片位置矫正装置、镜片位置异常报警装置连接。所述镜片位移检测装置检测到摄像装置镜片发生位移时，镜片位置矫正装置、镜片位置异常报警装置开启，镜片位置矫正装置自动校正镜片的位置，并且镜片位置异常报警装置提示相关工作人员该摄像装置镜片发生了位移现象。其中，镜片位置矫正装置可选用驱动电机和伸缩杆的组合，用以自动校正镜片的位置。镜片位置异常报警装置可选用声光报警器。

进一步的，还包括镜片湿度调节装置和镜片湿度异常报警装置；所述控制装置分别与所述镜片湿度调节装置、镜片湿度异常报警装置连接。所述镜片湿度检测装置检测到摄像装置镜片的湿度异常时，镜片湿度调节装置、镜片湿度异常报警开启；镜片湿度调节装置自动调节镜片湿度至正常情况，并且镜片湿度异常报警装置提示相关工作人员该摄像装置镜片出现了湿度异常现象。其中，镜片湿度调节装置可选用加湿器和加热器的组合，用以调节镜片的湿度。镜片湿度异常报警装置也可选用声光报警器。

进一步的，还包括镜片污物清洁装置和镜片污物异常报警装置；所述控制装置分别与所述镜片污物清洁装置、镜片污物异常报警装置连接。所述镜片污物检测装置检测到摄像装置镜片上存在污物时，镜片污物清洁装置、镜片污物异常报警装置开启；镜片污物清洁装置自动清洁镜片上的污物，并且镜片污物异常报警装置提示相关工作人员该摄像装置镜片出现了污物异常现象。其中，镜片污物清洁装置可选用转动电机和擦拭杆的组合，用于自动清洁镜片上的污物。镜片污物异常报警装置也可选用声光报警器。

进一步的，还包括镜片划伤异常报警装置；所述控制装置与所述镜片划伤异常报警装置连接。所述镜片划伤检测装置检测到摄像装置镜片上存在划痕时，镜片划伤异常报警装置提示相关工作人员该摄像装置镜片出现了划伤异常现象。镜片划伤异常报警装置也可选用声光报警器。

进一步的，还包括镜片龟裂异常报警装置；所述控制装置与所述镜片龟裂异常报警装置连接。所述镜片龟裂检测装置检测到摄像装置镜片发生龟裂时，镜片龟裂异常报警装置提示相关工作人员该摄像装置镜片出现了龟裂异常现象。镜片龟裂异常报警装置也可选用声光报警器。

进一步的，还包括镜片形变异常报警装置；所述控制装置与所述镜片形变异常报警装置连接。所述镜片形变检测装置检测到摄像装置镜片发生形变时，镜片形变异常报警装置提示相关工作人员该摄像装置镜片出现了形变异常现象。镜片形变异常报警装置也可选用声光报警器。

如图4所示，基于视频图像的桥梁监测系统，包括如上述的基于视频图像的桥梁监测装置，还包括云端数据中心，所述云端数据中心用于与所述基于视频图像的桥梁监测装置进行远程数据交互。

基于视频图像的桥梁监测方法，采用如上述的基于视频图像的桥梁监测装置进行基于视频图像的桥梁监测。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于视频图像的桥梁监测装置，包括摄像装置、控制装置、数据存储装置，其特征在于，还包括镜片位移检测装置、镜片湿度检测装置、镜片污物检测装置、镜片划伤检测装置、镜片龟裂检测装置、镜片形变检测装置；所述控制装置分别与所述摄像装置、数据存储装置、镜片位移检测装置、镜片湿度检测装置、镜片污物检测装置、镜片划伤检测装置、镜片龟裂检测装置、镜片形变检测装置连接，实现数据交互；

所述摄像装置用于采集桥梁目标位置的实时图像数据；所述数据存储装置用于存储桥梁目标位置的标准图像数据；其中，实时图像数据和标准图像数据均为桥梁底部目标位置的图像，二者对比用于判断桥梁底部目标位置是否产生裂缝；

所述镜片位移检测装置用于检测摄像装置镜片是否发生位移；

所述镜片湿度检测装置用于检测摄像装置镜片的湿度是否异常；

所述镜片污物检测装置用于检测摄像装置镜片上是否存在污物；

所述镜片划伤检测装置用于检测摄像装置镜片上是否存在划痕；

所述镜片龟裂检测装置用于检测摄像装置镜片是否发生龟裂；

所述镜片形变检测装置用于检测摄像装置镜片是否发生形变。

2.如权利要求1所述的基于视频图像的桥梁监测装置，其特征在于，还包括镜片位置矫正装置和镜片位置异常报警装置；所述控制装置分别与所述镜片位置矫正装置、镜片位置异常报警装置连接。

3.如权利要求1所述的基于视频图像的桥梁监测装置，其特征在于，还包括镜片湿度调节装置和镜片湿度异常报警装置；所述控制装置分别与所述镜片湿度调节装置、镜片湿度异常报警装置连接。

4.如权利要求1所述的基于视频图像的桥梁监测装置，其特征在于，还包括镜片污物清洁装置和镜片污物异常报警装置；所述控制装置分别与所述镜片污物清洁装置、镜片污物异常报警装置连接。

5.如权利要求1所述的基于视频图像的桥梁监测装置，其特征在于，还包括镜片划伤异常报警装置；所述控制装置与所述镜片划伤异常报警装置连接。

6.如权利要求1所述的基于视频图像的桥梁监测装置，其特征在于，还包括镜片龟裂异常报警装置；所述控制装置与所述镜片龟裂异常报警装置连接。

7.如权利要求1所述的基于视频图像的桥梁监测装置，其特征在于，还包括镜片形变异常报警装置；所述控制装置与所述镜片形变异常报警装置连接。

8.基于视频图像的桥梁监测系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的基于视频图像的桥梁监测装置，还包括云端数据中心，所述云端数据中心用于与所述基于视频图像的桥梁监测装置进行远程数据交互。

9.基于视频图像的桥梁监测方法，其特征在于,采用如权利要求1-7任一项所述的基于视频图像的桥梁监测装置进行基于视频图像的桥梁监测。

10.如权利要求9所述的基于视频图像的桥梁监测方法，其特征在于，所述镜片位移检测装置、镜片湿度检测装置、镜片污物检测装置、镜片划伤检测装置、镜片龟裂检测装置、镜片形变检测装置常闭；

所述控制装置将所述实时图像数据与所述标准图像数据对比分析，若所述实时图像数据与所述标准图像数据不匹配，则所述镜片位移检测装置开启，否则，所述镜片位移检测装置关闭；

所述镜片位移检测装置检测到摄像装置镜片未发生位移时，所述镜片湿度检测装置开启，否则，所述镜片湿度检测装置关闭；

所述镜片湿度检测装置检测到摄像装置镜片的湿度未异常时，所述镜片污物检测装置开启，否则，所述镜片污物检测装置关闭；

所述镜片污物检测装置检测到摄像装置镜片上不存在污物时，所述镜片划伤检测装置开启，否则，所述镜片划伤检测装置关闭；

所述镜片划伤检测装置检测到摄像装置镜片上不存在划痕时，所述镜片龟裂检测装置开启，否则，所述镜片龟裂检测装置关闭；

所述镜片龟裂检测装置检测到摄像装置镜片未发生龟裂时，所述镜片形变检测装置开启，否则，所述镜片形变检测装置关闭；

所述镜片形变检测装置检测到摄像装置镜片未发生形变时，则所述控制装置判断所述摄像装置镜片未故障且判断所述摄像装置需介入人工检修。

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