CN117288266B - 一种住宅缺陷监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种住宅缺陷监测系统及方法，涉及墙体监测技术领域，该系统包括多种监测单元及分析单元，通过对各监测单元获取的监测信号进行数据处理以评估住宅的外墙缺陷。该方法包括：获取待监测的外墙面的三维激光扫描图像，以进行建模并划分区域；从获取的三维激光扫描图像中提取三维点云数据，以确定各区域的平整性参数；选取采集点位并规划各采集点位的声音信号的采集顺序；根据规划的采集顺序进行声音信号的采集，以确定各区域的粘结性参数；从待监测的外墙面中选取部分区域作为待监测区域，并从中确定需要加热的部分区域；针对待监测区域进行加热顺序和/或监测顺序的规划；对满足升温需求的待监测区域进行红外热成像，以得到红外图像。

Description

一种住宅缺陷监测系统及方法

技术领域

本发明涉及墙体监测技术领域，尤其涉及一种住宅缺陷监测系统及方法。分类号：G01N。

背景技术

薄抹灰外墙外保温系统是目前我国住宅工程采用的主要墙体保温形式，特别是在北方采暖地区。在薄抹灰外墙外保温系统的施工过程中，存在的典型质量缺陷包括锚栓安装不规范、保温板粘结面积不足和外保温系统面层不平整。

当前住宅外墙通常采用人工敲击法和红外热成像法进行监测，人工敲击法需借助吊篮等辅助设备靠近被测建筑物外墙，监测效率低、危险系数大；红外热成像是一种非接触式无损监测技术，对于外立面缺陷的大面积普查具有一定的意义，但该技术会很大程度地受限于天气情况，需要在晴天且外墙存在明显升温或降温的时间段内进行拍照，难以满足各种监测需求。

CN110793643A公开了一种外墙保温钉的热红外检测方法及系统，其包括以下步骤：步骤一、将待检测的墙体规划成若干区域，随机选取若干区域作为检测取样区域；步骤二、利用加热源对检测取样区域进行加热，加热源为太阳光或加热装置，若采用加热装置，则调整加热装置位置并打开加热装置的加热器，以实现对检测取样区域进行加热；步骤三、对检测取样区域加热至保温层升温后，使用热红外成像仪拍摄得到热成像，并利用无线通信装置实时传回热成像；步骤四、当传回清晰图像后，撤掉热红外成像仪、加热装置，最终得出整个墙体的检测数据，达到能够不受制于高空或拐角等条件，便能对墙体进行加热，而对保温钉进行热红外检测的效果。

该现有技术利用加热源对检测取样区域进行加热，克服了利用红外热成像技术进行监测会受限于天气情况的缺陷，但该现有技术需要利用吊绳来调节加热源的位置，其灵活性很差；而且该现有技术的加热源和热红外成像仪是独立控制的，基本只能做到“加热-成像”的单级操作，无法实现统筹规划，容易造成监测过程的混乱和资源的浪费。此外，该现有技术的检测取样区域为随机选取的，但不论是人为随机选取还是算法随机选取，都是一种“伪随机”事件，并不能真的实现随机选取过程，从而使得该现有技术根据选取的检测取样区域的热成像结果推导出的整个墙体的监测数据并不一定具有真实性和可靠性。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

墙体结构安全检测是建筑安全检测的重要过程之一，现有技术中已经出现尝试基于模型标记数据对墙体结构是否安全进行自动分析的技术方案。例如，公开号为CN113075296A的专利文献公开了一种基于声波检测和BIM模型的外墙结构安全检测方法、装置，该技术方案通过外墙结构安全检测操作平台构建待检测墙体的三维建筑信息模型，并在检测现场将检测数据直接标记到三维建筑信息模型中的对应墙体的指定区域处，并根据不同墙体粘结力具有不同的敲击声波特性，对墙体粘结力情况进行分类识别。该技术方案虽然能够实现对墙体粘结力情况进行分类识别，但无法判断位于内部的保温层的缺陷。针对现有技术之不足，本发明提供了一种住宅缺陷监测系统及方法，以解决上述至少部分技术问题。

本发明公开了一种住宅缺陷监测系统，其包括：

多种监测单元，用于利用不同的监测手段对目标住宅的外墙面进行监测；

分析单元，用于接收各监测单元获取的监测信号，并经过数据处理以评估住宅的外墙缺陷。

优选地，分析单元能够针对目标住宅的待监测的外墙面进行建模并划分区域，以驱动第一监测单元按照根据分析单元在划分的各区域中所选取的采集点位而规划的移动路线沿外墙面的任意延伸方向移动，第一监测单元在移动过程中所采集的声音信号能够经分析单元的数据处理，以得到能够表征待监测的外墙面的粘结性缺陷的监测结果，其中，分析单元能够基于得到的监测结果确定第一监测单元的移动路线和/或确定用于获取红外图像的第二监测单元的采集路线。与上述现有技术相比，本发明中的粘结性缺陷的监测结果能够作为后续不同监测单元的路线的确定依据。基于上述区别技术特征，本发明所要解决的技术问题是如何实现对具有保温层的外墙面的粘结性缺陷的监测。具体地，本发明中保温板粘结面积不足的缺陷可能是找平砂浆与主体墙空鼓、保温板粘结方式不正确等原因造成的，仅依靠外墙面的声音监测无法准确反映保温板粘结的缺陷情况。因此，在针对具有保温层的墙面结构进行监测时，仅依靠现有技术中的声音监测手段无法准确反映出墙体结构的状态。本发明通过第一监测单元和第二监测单元的联合监测，能够实现对具有保温结构的外墙面缺陷的全面准确监测。

根据一种优选实施方式，由分析单元确定的第一监测单元采集声音信号的移动路线能够在调整事件被触发时由分析单元进行调整，其中，调整事件能够在第一监测单元到达预定的采集点位、但未采集到符合要求的监测信号时被触发。

优选地，调整事件被触发时，分析单元可以将异常采集点位进行标记，以使得在该第一监测单元完成既定的移动任务后再重新根据所有的异常采集点位重新规划出一条补充路径，并使得第一监测单元再根据规划的补充路径完成新的移动任务；分析单元也可以立即重新规划出一条包含在前序时刻发现的异常采集点位的移动路线，以使得该第一监测单元可以根据重新规划的移动路线完成新的移动任务，直至所有采集点位被历遍。优选地，若任一采集点位因采集结果异常而触发调整事件后仍无法采集到符合要求的监测信号，可以向分析单元发出警示信号，并跳过该异常点位以继续执行剩余的移动任务。基于与上述现有技术相比具有区别的实施方式，本发明所要解决的技术问题是如何对第一监测单元的移动路线进行调整。本发明的分析单元能够根据待监测墙面的结构特征确定若干采集点位，其中，分析单元可以采用如下方式确定采集点位，即先对待监测墙面进行建模或输入待监测墙面的模型数据，以获取待监测墙面的虚拟模型，再将虚拟模型置入坐标系中，以使得虚拟模型中的任意位置均可找到对应的坐标，然后根据待监测墙面的结构特征将该虚拟模型划分为若干区域，最后在划分出的各区域中分别选取至少一个点位，以形成点位坐标集。优选地，分析单元在划分出的各区域中分别选取的点位可以是各区域的几何中心点，以使得相邻采集点位之间的间距大致相同，从而避免部分采集点位过密而部分采集点位过疏的情况。

根据一种优选实施方式，第一监测单元所配置的第一功能模块能够以滑动部件与待监测的外墙面接触的方式贴靠在该待监测的外墙面上移动，以使得采集部件能够敲击该待监测的外墙面并捕捉反馈的声音信号。

根据一种优选实施方式，第一监测单元在配置有第一功能模块的相对另一侧端部设置有用于对待监测的外墙面的部分区域进行加热的第二功能模块，其中，分析单元能够从待监测的外墙面中选取部分区域作为第二监测单元的待监测区域，并从待监测区域中确定需要利用第二功能模块进行加热的部分区域。现有技术中已经出现尝试应用红外成像检测外墙保温系统缺陷的技术方案。例如，公开号为CN116794063A的专利文献公开了一种应用红外成像检测外墙保温系统缺陷的检测方法，该方法根据墙体的大小，规划并选定若干检测区域，加热完毕后，通过红外热像仪、高清摄像机和三维激光扫描仪对墙体进行拍摄，根据红外热像仪对墙体拍摄所得到热成像以及高清摄像机对墙体拍摄所得到的图像对墙体的保温层的缺陷进行分析，根据三维激光扫描仪对墙体拍摄所得到墙体的表面点坐标，通过计算分析出墙体的平整度，针对平整度值起伏较大的区域再次进行红外热像仪拍摄，然后将拍摄形成的热成像传回并再次分析，从而能够精确地找到墙体的保温层的缺陷位置。该技术方案中通过加热器对墙体进行加热，监测与加热过程是完全分离的，无法对加热所反映的墙面参数信息进行及时监测，从而降低了墙面热红外成像图像监测信息的准确度。

优选地，利用第二功能模块对外墙面进行加热的目的在于通过对外墙面进行加热，使得保温钉与其他材质产生较大的温差，从而使得第二监测单元在进行热红外成像时所获取的图像清晰。基于与上述现有技术相比具有区别的实施方式，本发明所要解决的技术问题是如何对保温层的缺陷进行准确监测。本发明如此设置是因为通常在保温层外面还有外墙层，若直接进行热红外成像，保温层的内部难以成像，而利用加热后的保温板材和保温钉之间存在的温差就可以通过热红外成像技术看到保温钉的状态，从而判断保温层的缺陷。

由于对外墙面进行加热费时费力，考虑到时间成本和金钱成本，通常不会对整个外墙面进行加热和成像，而是会从中选取部分区域进行监测，其中，被选取的区域可称之为待监测区域。优选地，待监测区域可由分析单元选取，其中，分析单元所选取的待监测区域为分析单元在确定采集点位时对待监测墙面的虚拟模型进行划分后所得到的若干区域中的一个或多个，即分析单元仍会沿用前序步骤中的区域划分方案，并从该方案中确定一个或多个区域作为待监测区域。CN116794063A需要通过在3D坐标系内组合所采集的点坐标以得到外立面点云图，并计算整个点云图所构成面的起伏程度得到墙体的平整度，并针对平整度值起伏较大的区域再次进行红外热像仪拍摄，然后将拍摄形成的热成像传回并再次分析，从而能够精确地找到墙体空鼓缺陷的位置。也即是说，该技术方案根据热红外成像所获得的图像信息必须结合具体的墙面平整度值起伏信息才能实现准确的缺陷定位，这与本发明通过声音监测与热红外成像监测进行缺陷监测的方式显著不同，即便是将上述现有技术进行结合，其也无法获得本发明的上述技术方案。

根据一种优选实施方式，分析单元能够以如下方式选取待监测区域：

分析单元能够基于平整性、粘结性和随机性中的一个或多个参数确定待监测的外墙面上各区域的优先级排序，并根据所需进行监测的区域数量按照优先级从高到低的顺序进行依次选取，其中，随机性参数能够由分析单元基于算法随机生成。

保温钉是否存在缺陷通常难以通过简单的方式直接监测，尤其是在利用红外热成像法进行监测时，若依靠太阳光对外墙面进行加热，则会很大程度地受天气情况的影响；若依靠外部加热装置对外墙面进行加热，出于成本等多种因素的考量，不会对整个外墙面进行加热后监测。因此如何选取待监测区域是当前急需解决的关键性问题。若待监测区域选取不恰当，将使得整个监测结果不具备准确性和可靠性。

本发明之所以考虑平整性参数和粘结性参数，其原因在于：若一块区域已确认存在平整性缺陷和/或粘结性缺陷，则该区域中的保温钉存在缺陷的概率较高；而且为避免多种缺陷的叠加作用造成外墙外保温系统的加速破坏，针对已出现缺陷的区域进行进一步的监测是很有必要的。

本发明之所以考虑随机性参数，其原因在于：存在保温钉缺陷的区域有可能并不存在其他类型的缺陷，若仅针对存在其他类型的缺陷的区域进行热红外成像，则很容易造成漏检；而如果仅采用随机选取的方式，例如现有技术CN110793643A，其通过随机选取若干个数字并对应到相应区域作为检测取样区域，从而只检测随机选取的局部区域以得到整体的检测结果，但根据公知常识可知，一般由计算机生成的随机数都是伪随机数，而人们是无法自行判断一组数据的随机性的，这就会使得看似随机选取的若干个数字仍是存在底层逻辑的，无法实现真正的随机性，进而可能因此造成漏洞。

根据一种优选实施方式，分析单元能够利用第三监测单元获取的三维激光扫描图像建立对应于待监测的外墙面的虚拟模型，其中，分析单元从三维激光扫描图像中提取的三维点云数据能够被用于评估待监测的外墙面的平整性缺陷，以确定各区域的平整性参数。

根据一种优选实施方式，分析单元能够以如下方式从待监测区域中确定需要进行加热的部分区域：

分析单元能够根据监测实况对各个被选取的待监测区域进行分析和标记，其中，监测实况包含当前监测任务的执行时段、执行地点、根据上述执行时段和执行地点所获取的天气情况、目标住宅各外墙面的朝向；

分析单元能够根据当前监测任务的目标住宅的周边实体的模型数据对待监测区域的分类进行调整。

根据一种优选实施方式，分析单元能够根据待监测区域的分类及其所属采集点位的坐标规划出第一监测单元的移动路线和第二监测单元的采集路线，其中，分析单元在进行路线规划时是以优先满足第二监测单元的最优采集路线进行的。

本发明还公开了一种住宅缺陷监测方法，其包括如下步骤：

获取待监测的外墙面的三维激光扫描图像，以用于对待监测的外墙面进行建模并划分区域；

从获取的三维激光扫描图像中提取用于评估待监测的外墙面的平整性缺陷的三维点云数据，以确定各区域的平整性参数；

在划分得到的各区域中选取采集点位并对各采集点位的声音信号的采集顺序进行规划；

根据规划的采集顺序进行声音信号的采集，以确定各区域的粘结性参数；

从待监测的外墙面中选取部分区域作为待监测区域，并从待监测区域中确定需要进行加热的部分区域；

针对待监测区域进行加热顺序和/或监测顺序的规划；

对满足升温需求的待监测区域进行红外热成像，以得到红外图像。

根据一种优选实施方式，从待监测的外墙面中选取部分区域作为待监测区域能够以如下方式执行：

基于平整性、粘结性和随机性中的一个或多个参数确定待监测的外墙面上各区域的优先级排序，并根据所需进行监测的区域数量按照优先级从高到低的顺序进行依次选取，其中，随机性参数能够基于算法随机生成。

附图说明

图1是本发明提供的一种优选实施方式的住宅缺陷监测系统的简化模块连接关系示意图；

图2是本发明提供的一种优选实施方式的第一监测单元在一视角下的结构示意图；

图3是本发明提供的一种优选实施方式的采集部件的结构示意图；

图4是本发明提供的一种优选实施方式的第一监测单元在另一视角下的结构示意图。

附图标记列表

100：第一监测单元；110：第一功能模块；111：滑动部件；112：采集部件；113：敲击件；114：声音采集器；120：第二功能模块；130：主体模块；140：运动模块；200：第二监测单元；300：第三监测单元；400：分析单元。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

薄抹灰外墙外保温系统是目前住宅工程采用的主要墙体保温形式，特别是在北方采暖地区。在薄抹灰外墙外保温系统的施工过程中，存在的典型质量缺陷包括锚栓安装不规范、保温板粘结面积不足和外保温系统面层不平整。面层不平整的缺陷虽然不会马上影响外保温系统的安全性，但在长期使用条件下易出现开裂等问题。随着雨水的渗入，保温效果受到影响，进而造成裂缝扩展、面层脱落、墙体渗水等更严重的质量问题，甚至可能由于出现冻融破坏现象而削弱了外保温系统的墙体的联结安全性，尤其是在大风天气易存在外保温系统脱落的风险。

优选地，锚栓安装不规范的缺陷可能是锚栓产品不合格、在设计图纸（特别是深化图纸）的过程中未明确锚栓布置方式和数量要求等参数、在锚栓安装施工阶段锚栓锚固点位置不正确、每平米的锚固数量不够、单点锚固强度不足等原因所造成的。

优选地，保温板粘结面积的缺陷可能是找平砂浆与主体墙空鼓、保温板粘结方式不正确等原因造成的。进一步地，墙体应使用界面砂浆处理后再涂抹浆体保温材料，否则易造成保温层直接空鼓或界面处理材质失效，进而形成界面层与主体墙空鼓，连带形成保温层空鼓。此外，外墙长时间渗水也容易导致持续性空鼓扩大，使保温层连带发生空鼓或局部破坏。进一步地，在按照点框法和条粘法进行施工时未严格按照标准执行，也很可能导致保温板与基层墙体粘结面积不足。

优选地，外保温系统面层的缺陷可能是材料不相容、材料不合格等原因造成的。进一步地，由于外保温系统的材料通常是分别采购的，保温材料与配套的抹面胶浆、饰面材料可能存在不相容的情况。进一步地，对于保温板材料，特别是聚氨酯板，在生产时黑白料配比应根据室外温度进行调整，控制不当易出现板面塌缩凹陷，再者保温板陈化时间不够也会导致上墙前反应不完全，上墙后持续发生尺寸收缩等问题。

实施例1

为解决如上这些问题，如图1所示，本发明公开了一种住宅缺陷监测系统，其包括至少两种监测单元，以利用不同的监测手段实现对住宅外墙面的全面监测。优选地，该住宅缺陷监测系统可配置有用于进行数据处理的分析单元400，与各监测单元实现通讯连接的分析单元400可以接收各监测单元获取的监测信号，并通过对监测信号进行数据处理以评估住宅的外墙缺陷。换言之，在本发明的监测单元中可均不设置用于进行复杂运算的软、硬件，只需通过通讯模块将获取的监测信号发送至分析单元400进行统一处理即可，不仅降低了监测单元的配置成本，也可使得监测过程可以被统一规划，避免发生混乱。

优选地，住宅缺陷监测系统所配置的监测单元可借助于各自的运动模块140而实现多维度移动，其中，运动模块140可以是利用无线电遥控设备和/或自备的程序控制装置操纵的移动设备。进一步地，运动模块140可优选为无人机或爬墙机。

优选地，住宅缺陷监测系统可包括一个或多个第一监测单元100，在相应的运动模块140驱动下，第一监测单元100能够以紧贴于待监测的外墙面（或称之为待监测墙面）的方式沿外墙面的任意延伸方向移动。进一步地，第一监测单元100的移动路线可由分析单元400提前规划，以使得分析单元400在将启动信号发送至第一监测单元100时可以将规划好的移动路线附于启动信号之中，以一并发送至对应的第一监测单元100。响应于启动信号的第一监测单元100可以按照规划好的移动路线在指定的外墙面上移动。

优选地，当需要对任一第一监测单元100的移动路线进行调整时，分析单元400可以将调整信号发送至对应的第一监测单元100，其中，调整事件可能在第一监测单元100到达预定的采集点位、但未采集到符合要求的监测信号时被触发。进一步地，调整事件被触发时，分析单元400可以将异常采集点位进行标记，以使得在该第一监测单元100完成既定的移动任务后再重新根据所有的异常采集点位重新规划出一条补充路径，并使得第一监测单元100再根据规划的补充路径完成新的移动任务；分析单元400也可以立即重新规划出一条包含在前序时刻发现的异常采集点位的移动路线，以使得该第一监测单元100可以根据重新规划的移动路线完成新的移动任务，直至所有采集点位被历遍。优选地，若任一采集点位因采集结果异常而触发调整事件后仍无法采集到符合要求的监测信号，可以向分析单元400发出警示信号，并跳过该异常点位以继续执行剩余的移动任务。

优选地，分析单元400可以根据待监测墙面的结构特征确定若干采集点位，其中，分析单元400可以采用如下方式确定采集点位，即先对待监测墙面进行建模或输入待监测墙面的模型数据，以获取待监测墙面的虚拟模型，再将虚拟模型置入坐标系中，以使得虚拟模型中的任意位置均可找到对应的坐标，然后根据待监测墙面的结构特征将该虚拟模型划分为若干区域，最后在划分出的各区域中分别选取至少一个点位，以形成点位坐标集。优选地，分析单元400在划分出的各区域中分别选取的点位可以是各区域的几何中心点，以使得相邻采集点位之间的间距大致相同，从而避免部分采集点位过密而部分采集点位过疏的情况。进一步地，分析单元400可以基于待监测墙面的三维激光扫描图像建立对应的虚拟模型，其中，所使用的待监测墙面的三维激光扫描图像优选为正视图。进一步地，将待监测墙面的设计图作为模型数据输入至分析单元400，以使得分析单元400可以直接利用模型数据生成对应的虚拟模型。

优选地，待监测墙面的三维激光扫描图像可由第三监测单元300获取，其中，根据待监测墙面的距离与面积可以确定第三监测单元300的测站位置和次数，通过设置激光信号的激励电压和信号采集精度将激光脉冲信号调节至合适强度。优选地，第三监测单元300可测量测站位置与被测目标表面测点之间的距离、水平扫描角和竖直扫描角，再基于极坐标原理计算测点的三维坐标。进一步地，第三监测单元300可通过自动扫描来获取外墙面的三维点云数据。

优选地，第三监测单元300可将三维点云数据发送至分析单元400，以使得分析单元400可以进行点云滤波、配准、分割和拼接处理，并建立待监测墙面的三维模型。进一步地，分析单元400可基于建立的三维模型生成与该待监测墙面对应的平整性图像及等高线图像，其中，利用平行线算法可计算指定的等高线所圈定的范围内的面积。优选地，分析单元400可根据设定的平整性阈值确定缺陷位置、缺陷深度或缺陷高度、缺陷面积等参数，以得到平整性缺陷的识别结果。

进一步地，由于根据等高线圈定出的存在平整性缺陷的范围通常具有不规则的边界，在分析单元400对待监测墙面进行区域划分后，可能出现一处平整性缺陷占据或部分占据多个区域的情况，因此，分析单元400可以根据任一被划分的区域被平整性缺陷所占据的面积比例确定是否将该区域标记为存在平整性缺陷。

优选地，由于一栋住宅通常可包含多个外墙面，因此，分析单元400可将一栋住宅的多个外墙面的三维模型进行组合，以得到住宅外表面的三维模型。进一步地，对于一栋住宅的多个待监测的外墙面，可利用多个第一监测单元100同时进行监测，以提高监测效率。

优选地，如图2所示，第一监测单元100的运动模块140可通过由动力部件驱动的旋翼部件所产生的反向气流实现多维度运动，其中，旋翼部件可配置有多个对称设置的旋翼，以使得在多个旋翼的合理配合之下，实现第一监测单元100的姿态控制。进一步地，第一监测单元100的姿态控制可包括前进、后退、左转、右转、上升、下降、悬停等。

优选地，第一监测单元100可将运动模块140设置在其主体模块130上，其中，主体模块130构成了第一监测单元100的机械架构，以用于容纳和/或安装第一监测单元100的其他功能模块。

优选地，第一监测单元100的其他功能模块可包括第一功能模块110，以用于在第一监测单元100移动至预设的采集点位时获取相应的监测信号，其中，第一功能模块110可以被配置在第一监测单元100的一侧端部，以使得第一监测单元100能够将配置有第一功能模块110的该侧端部贴靠在待监测墙面上进行移动，从而获取监测信号。

优选地，第一功能模块110可配置有滑动部件111和采集部件112，其中，第一功能模块110可通过滑动部件111连接于主体模块130，第一监测单元100在将第一功能模块110贴靠在待监测墙面上移动时，第一功能模块110能够使滑动部件111的滑轮与待监测墙面接触。进一步地，第一功能模块110在随第一监测单元100移动时，其采集部件112可不与待监测墙面直接接触，换言之，采集部件112可间断地与待监测墙面接触。

优选地，采集部件112可以在第一监测单元100移动至采集点位时与待监测墙面接触，其目的在于获取采集点位的监测信号，采集部件112所获取的监测信号可以是声音信号，其中，该声音信号可以是待监测墙面被敲击后反馈的声音信号。

优选地，如图3所示，采集部件112可包括受电机驱动的敲击件113和用于捕捉声音信号的声音采集器114，以使得在电机的驱动下，敲击件113对待监测墙面进行敲击所产生的声音信号被声音采集器114所捕捉，从而得到监测信号，其中，敲击件113与声音采集器114邻近设置。进一步地，声音采集器114可环绕敲击件113设置。

优选地，第一监测单元100的采集部件112所捕捉的声音信号可以发送至分析单元400，以实现对声音信号的处理，并获取第一监测结果，其中，第一监测单元100在发送声音信号时可将当前采集点位所对应的坐标一并发送至分析单元400。优选地，分析单元400在接收到该声音信号后，可先对声音信号进行提取，以确定敲击声波振幅；再根据敲击声波振幅的峰值对声音信号进行切分，以获得各个采集点位的音频信号；最后将音频信号进行短时傅里叶变换，以获得对应的频谱数据。

进一步地，分析单元400可根据第一监测结果判断各采集点位的砂浆粘结性，其中，第一监测结果可以是经过对声音信号进行处理后所得到的各采集点位的频谱数据。优选地，分析单元400可通过将各采集点位的频谱数据与预先录入的或从云端实时下载的标准频谱数据进行对比来确定各采集点位的砂浆粘结性。优选地，分析单元400可以将实时频谱数据和标准频谱数据的偏差值与设定的粘结性阈值进行比较，以确定当前采集点位是否存在粘结性缺陷。

优选地，能够表征砂浆粘结性的对比结果是由实时频谱数据和标准频谱数据经过对比后得到的，其中，标准频谱数据可以在实验室环境中通过执行标准实验来获取。示例性地，标准实验可例如是：针对不同施工工艺、施工材料等因素影响下的保温板进行敲击实验，以生成独立的敲击音频文件；针对该音频文件进行短时傅里叶变换，以得到敲击音频的频谱分析结果，依据该频谱分析结果即可得到标准频谱数据。

优选地，第一监测单元100的其他功能模块能够以相对均衡的分配方式设置于主体模块130上，其中，相对均衡的分配方式为第一监测单元100在处于悬停状态时，各功能模块所受地球引力的合力作用点与主体模块130的重心基本重合或基本处于同一垂线上。进一步地，第一监测单元100的主体模块130通常对称设置，以使得在不安装任何其他功能模块的主体模块130上对称设置多个旋翼时，可以保证机身稳定，从而使得主体模块130的重心大致处于其几何结构中心。

优选地，在第一监测单元100的一侧端部已配置有第一功能模块110的情况下，为保证上述相对均衡的分配方式，可在第一监测单元100上（优选为第一监测单元100的相对另一侧端部）配置有能够平衡第一功能模块110的重量的其他功能模块，其中，该其他功能模块可以是配重模块和/或第二功能模块120。优选地，对于设置有第一功能模块110和第二功能模块120的第一监测单元100而言，第一功能模块110和第二功能模块120的重心连线可经过主体模块130的重心或经过主体模块130的重心所在垂线，以使得分配相对均衡，并且配重模块能够以其重心设置在上述重心连线上的方式配置。进一步优选地，配置于第一监测单元100上的至少部分其他功能模块可通过部分位移和/或形变来改变其重心位置，以实现其功能和/或保证上述相对均衡的分配方式，其中，对于可发生位移和/或形变的其他功能模块而言，其重心位置可被限定为仅在上述重心连线的方向上进行改变。

优选地，第二功能模块120能够被用于对外墙面进行加热。优选地，如图4所示，第二功能模块120可被配置在第一监测单元100设置有第一功能模块110的相对另一侧端部，以使得在需要启用第二功能模块120时，第一监测单元100能够将配置有第二功能模块120的该侧端部贴靠在待监测墙面上进行移动，从而利用第二功能模块120产生的热量使外墙面升温。

优选地，利用第二功能模块120对外墙面进行加热的目的在于通过对外墙面进行加热，使得保温钉与其他材质产生较大的温差，从而使得热红外成像清晰。进一步地，本发明的住宅缺陷监测系统所配置的第二监测单元200可对外墙面进行红外热成像，以通过成像分析得出墙体缺陷。如此设置是因为通常在保温层外面还有外墙层，若直接进行热红外成像，保温层的内部难以成像，而利用加热后的保温板材和保温钉之间存在的温差就可以通过热红外成像技术看到保温钉的状态，从而判断保温层的缺陷。

由于对外墙面进行加热费时费力，考虑到时间成本和金钱成本，通常不会对整个外墙面进行加热和成像，而是会从中选取部分区域进行监测，其中，被选取的区域可称之为待监测区域。优选地，待监测区域可由分析单元400选取，其中，分析单元400所选取的待监测区域为分析单元400在确定采集点位时对待监测墙面的虚拟模型进行划分后所得到的若干区域中的一个或多个，即分析单元400仍会沿用前序步骤中的区域划分方案，并从该方案中确定一个或多个区域作为待监测区域。进一步地，分析单元400确定待监测区域的方式可由多参数综合分析得到，其中，分析单元400所考虑的参数可包括平整性、粘结性和随机性中的一个或多个。

优选地，分析单元400可以对目标住宅的各待监测墙面进行平整性、粘结性和/或随机性的综合分析，以选取出既具有代表性也具有普遍性的待监测区域，其中，平整性参数可以由第三监测单元300所获取的三维激光扫描图像进行分析后表征得到，粘结性参数可以由第一监测单元100所获取的声音信号进行分析后表征得到，随机性参数可以由分析单元400基于算法随机生成。进一步地，分析单元400在考虑平整性参数时能够筛选出所有存在平整性缺陷的区域，为其赋予平整性标记并可根据缺陷深度或缺陷高度及被平整性缺陷所占据的面积比例进行排序；分析单元400在考虑粘结性参数时能够筛选出所有存在粘结性缺陷的区域，为其赋予粘结性标记并可根据实时频谱数据相对于标准频谱数据的偏差程度进行排序，其中，分析单元400可将同时具有平整性标记和粘结性标记的区域设定为第一优先级。进一步地，分析单元400在考虑随机性参数时可根据随机生成的坐标值为对应的区域赋予随机性标记，其中，分析单元400可将同时具有平整性标记或粘结性标记及随机性标记的区域设定为第二优先级，换言之，具有平整性标记及随机性标记的区域或具有粘结性标记及随机性标记的区域可被设定为第二优先级。进一步地，分析单元400可将仅具有平整性标记、粘结性标记及随机性标记中的其中一种标记的区域设定为第三优先级。优选地，分析单元400可根据待监测墙面的面积、区域划分方式、监测任务所要求的监测精度等多种因素确定所需进行监测的区域数量，并可根据确定的区域数量按照优先级从高到低的顺序进行依次选取，其中，在第一优先级和第二优先级完全选取后，第三优先级中的区域按照标记类型的权重分配剩余“名额”。进一步地，标记类型的权重可根据监测任务所制定的平整性、粘结性和随机性这三种参数对外墙面保温性能监测过程的影响程度而确定。

优选地，分析单元400在确定了被选取的待监测区域后，能够根据各个待监测区域所对应的采集点位坐标规划出第二监测单元200的最优的采集路线，其中，第二监测单元200所配置的运动模块140可以实现三维方向的运动，以使得第二监测单元200能够在各待监测区域之间以相对最短的路径完成移动。示例性地，第二监测单元200的运动模块140可被配置为无人机。

优选地，被选取的待监测区域并非均需要利用第二功能模块120进行加热，在太阳照射的强度足够大时，可以直接利用太阳光的自然照射使得墙体升温，从而节省了成本。但由于住宅的地理位置、方位朝向和照射时间段等因素的影响会使得即使是同一栋住宅的两个外墙面，也可能出现其中一个外墙面可直接接收到太阳光，而另一个外墙面无法直接接收到太阳光的情况。并且对于可以直接接收到太阳光的外墙面，其升温程度受天气情况的影响较大，可能无法满足其升温需求。因此，分析单元400需要根据监测实况对各个被选取的待监测区域进行分析和标记，以确定需要利用外置的第二功能模块120进行加热的待监测区域，其中，监测实况可包含当前监测任务的执行时段、执行地点、根据上述执行时段和执行地点所获取的天气情况、目标住宅各外墙面的朝向等。进一步地，分析单元400能够以如下方式对待监测区域进行分析：基于监测实况和目标住宅的三维模型模拟出在当前监测任务的执行时段内随着时间的推演目标住宅的各外墙面受太阳照射的变化过程，其中，根据执行时段和执行地点可以确定在各时间点下的太阳与目标住宅的相对位置关系，再基于从最近的气象观测站获取的天气情况及目标住宅各外墙面的朝向，模拟出在各时间点下的各外墙面受太阳照射的情况，从而将待监测区域进行分类。优选地，可以直接利用太阳光的自然照射来满足升温需求的待监测区域被分为一类区域，不可以直接利用太阳光的自然照射来满足升温需求的待监测区域被分为二类区域，分析单元400可以对上述两类区域进行标记，以使得一类区域可以被第二监测单元200直接进行红外图像采集，而二类区域需要先由第一监测单元100的第二功能模块120加热后再被第二监测单元200进行红外图像采集。

优选地，监测实况还可包括当前监测任务的目标住宅的周边实体（例如自然构造和/或人造建筑）的模型数据，以考虑实体遮挡的情况进一步地模拟在当前监测任务的执行时段内目标住宅各外墙面受太阳照射的情况，从而对待监测区域的分类标记进行调整。进一步地，被调整分类标记的待监测区域通常被周边实体遮挡，造成原本能够被太阳光直接照射的区域无法接收到足够多的能量，进而使得该区域由一类区域调整为二类区域。进一步地，监测实况还可包括其他各类可能影响目标住宅的外墙面受太阳照射的情况的因素，以使得分析单元400可以经过综合分析后对待监测区域的分类进行调整。

优选地，分析单元400可以根据待监测区域的分类及其所属采集点位的坐标规划出第一监测单元100的移动路线和第二监测单元200的采集路线，其中，分析单元400在进行路线规划时是以优先满足第二监测单元200的最优采集路线进行的。示例性地，对于两块待监测区域，其中一块为一类区域，而另一块为二类区域，则分析单元400可在驱动第一监测单元100对该二类区域进行加热的同时，驱动第二监测单元200对该一类区域进行监测，并在第一监测单元100完成加热后再对该二类区域进行监测，从而节省了监测时间。进一步地，由于实际情况远比上述例子复杂，因此，需要分析单元400在确定目标住宅的所有待监测区域的分类及其所属采集点位的坐标后结合实际情况统筹规划出最有利于第一监测单元100和第二监测单元200工作的路线。例如，即使是一类区域，其仍可能因朝向问题等固有因素和/或云层遮挡等变量因素而仅在部分时段可满足升温需求，因此，分析单元400需要经过预先的合理规划使第二监测单元200在该时段可以对该区域进行监测，从而避免了一类区域也需要依赖第一监测单元100进行加热的情况。

优选地，第二监测单元200获取的各待监测区域的红外图像可发送至分析单元400，以使得分析单元400可将经过分析处理后得到的红外热成像结果与平整性缺陷的监测结果及粘结性缺陷的监测结果进行综合分析，以生成目标住宅的综合监测报告。

根据一种优选实施方式，第一监测单元100和第二监测单元200也可集成于一台无人机上，以减少所需携带的设备数量。

实施例2

本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。

本发明公开了一种住宅缺陷监测方法，其包括如下步骤：

获取待监测的外墙面的三维激光扫描图像，以用于对待监测的外墙面进行建模并划分区域；

从获取的三维激光扫描图像中提取用于评估待监测的外墙面的平整性缺陷的三维点云数据，以确定各区域的平整性参数；

在划分得到的各区域中选取采集点位并对各采集点位的声音信号的采集顺序进行规划；

根据规划的采集顺序进行声音信号的采集，以确定各区域的粘结性参数；

从待监测的外墙面中选取部分区域作为待监测区域，并从待监测区域中确定需要进行加热的部分区域；

针对待监测区域进行加热顺序和/或监测顺序的规划；

对满足升温需求的待监测区域进行红外热成像，以得到红外图像。

根据一种优选实施方式，从待监测的外墙面中选取部分区域作为待监测区域能够以如下方式执行：

基于平整性、粘结性和随机性中的一个或多个参数确定待监测的外墙面上各区域的优先级排序，并根据所需进行监测的区域数量按照优先级从高到低的顺序进行依次选取，其中，随机性参数能够基于算法随机生成。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”“根据一种优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。

Claims (8)

1.一种住宅缺陷监测系统，其包括：

多种监测单元，用于利用不同的监测手段对目标住宅的外墙面进行监测；

分析单元（400），用于接收各监测单元获取的监测信号，并经过数据处理以评估住宅的外墙缺陷，

其特征在于，

所述分析单元（400）能够针对目标住宅的待监测的外墙面进行建模并划分区域，以驱动第一监测单元（100）使其所配置的第一功能模块（110）以滑动部件（111）与待监测的外墙面接触的方式贴靠在该待监测的外墙面上并按照根据所述分析单元（400）在划分的各区域中所选取的采集点位而规划的移动路线沿外墙面的任意延伸方向移动，以使得采集部件（112）能够敲击该待监测的外墙面并捕捉反馈的声音信号，所述第一监测单元（100）在移动过程中所采集的声音信号能够经所述分析单元（400）的数据处理，以得到能够表征待监测的外墙面的粘结性缺陷的监测结果；

所述第一监测单元（100）在配置有所述第一功能模块（110）的相对另一侧端部设置有用于对待监测的外墙面的部分区域进行加热的第二功能模块（120），所述分析单元（400）能够从待监测的外墙面中选取部分区域作为第二监测单元（200）的待监测区域，并从待监测区域中确定需要利用所述第二功能模块（120）进行加热的部分区域，其中，所述分析单元（400）能够基于得到的监测结果调整第一监测单元（100）的移动路线和/或确定用于获取红外图像的第二监测单元（200）的采集路线。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，由所述分析单元（400）确定的所述第一监测单元（100）采集声音信号的移动路线能够在调整事件被触发时由所述分析单元（400）进行调整，其中，调整事件能够在所述第一监测单元（100）到达预定的采集点位、但未采集到符合要求的监测信号时被触发。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分析单元（400）能够以如下方式选取待监测区域：

所述分析单元（400）能够基于平整性、粘结性和随机性中的一个或多个参数确定待监测的外墙面上各区域的优先级排序，并根据所需进行监测的区域数量按照优先级从高到低的顺序进行依次选取，其中，随机性参数能够由所述分析单元（400）基于算法随机生成。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述分析单元（400）能够利用第三监测单元（300）获取的三维激光扫描图像建立对应于待监测的外墙面的虚拟模型，其中，所述分析单元（400）从三维激光扫描图像中提取的三维点云数据能够被用于评估待监测的外墙面的平整性缺陷，以确定各区域的平整性参数。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分析单元（400）能够以如下方式从待监测区域中确定需要进行加热的部分区域：

所述分析单元（400）能够根据监测实况对各个被选取的待监测区域进行分析和标记，其中，监测实况包含当前监测任务的执行时段、执行地点、根据上述执行时段和执行地点所获取的天气情况、目标住宅各外墙面的朝向；

所述分析单元（400）能够根据当前监测任务的目标住宅的周边实体的模型数据对待监测区域的分类进行调整。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分析单元（400）能够根据待监测区域的分类及其所属采集点位的坐标规划出所述第一监测单元（100）的移动路线和所述第二监测单元（200）的采集路线，其中，所述分析单元（400）在进行路线规划时是以优先满足所述第二监测单元（200）的最优采集路线进行的。

7.一种住宅缺陷监测方法，其特征在于，其包括如下步骤：

获取待监测的外墙面的三维激光扫描图像，以用于对待监测的外墙面进行建模并划分区域；

从获取的三维激光扫描图像中提取用于评估待监测的外墙面的平整性缺陷的三维点云数据，以确定各区域的平整性参数；

在划分得到的各区域中选取采集点位并对各采集点位的声音信号的采集顺序进行规划；

根据规划的采集顺序进行声音信号的采集，以确定各区域的粘结性参数；

从待监测的外墙面中选取部分区域作为待监测区域，并从待监测区域中确定需要进行加热的部分区域；

针对待监测区域进行加热顺序和/或监测顺序的规划；

对满足升温需求的待监测区域进行红外热成像，以得到红外图像。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，从待监测的外墙面中选取部分区域作为待监测区域能够以如下方式执行：

基于平整性、粘结性和随机性中的一个或多个参数确定待监测的外墙面上各区域的优先级排序，并根据所需进行监测的区域数量按照优先级从高到低的顺序进行依次选取，其中，随机性参数能够基于算法随机生成。