CN207295453U - 一种桥梁快速可视化检测装置及其系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种桥梁快速可视化检测装置及其系统，包括相机模组、移动基座、相机导轨、旋转轴和机械臂；相机模组安装于相机导轨的导轨中，相机导轨通过底部的旋转轴安装到机械臂端部；相机模组包括监控摄像头、测量相机和检测相机，测量相机通过底部的升降机安装到相机导轨的导轨中。本实用新型通过控制移动组件移动相机模组的位置获取病害图像，依靠图像处理技术，将桥梁检测需要的病害信息从计算机的视角来进行强化突出以便于机器识别，识别结果可提供图像中的二维像素信息以及三维实体数据并存储于计算机之中，实现对桥梁的可视化、快速化、高精度、低成本的自动检测。

Description

一种桥梁快速可视化检测装置及其系统

技术领域

本实用新型属于桥梁结构检测技术领域，具体涉及一种桥梁快速可视化检测装置及其系统。

背景技术

桥梁作为公路的重要组成部分，直接关系着行车的安全与畅通，以及公众的人身安全。截止2016年底，我国公路桥梁达80.53万座，其中，特大桥梁4257座，大桥86178座，已成为名符其实的桥梁大国。我国已经进入大规模公路养护时代，未来二十年养护引领公路发展方向已成为必然趋势。

但是，目前桥梁养护和检查能力不足，存在一些问题：

（1）无法到达、无平台、无操作空间

过去，由于对公路混凝土梁桥的耐久性重视不足，公路桥梁后期维护保养设施设置欠缺，导致桥梁很多部位养护或检查人员无法到达，没有适当的作业平台，或者没有合适的仪器及人员操作空间，致使这些部位的养护或检查只能走马观花、流于形式。同时，大跨径连续梁桥和连续刚构桥墩顶部位梁高较大，桥检车一般无法到达。还有一些高墩，也缺乏相应的检测或养护设施。

（2）效率较低、费用较高

目前我国《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）规定公路桥梁需要进行经常检查、定期检查和特殊检查。经常检查一般每月不得少于一次，主要为外观检查，由日常管理养护人员进行，检查仪器主要为望远镜、安全绳等简易设备。定期检查也以外观检查为主，间隔时间最长不得超过三年，主要委托有检测资质的单位进行，检查平台需要桥检车、路灯车或搭设支架，配备裂缝观测仪、钢卷尺等。一条高速公路桥梁检测周期较长，往往需要几个月和较多的检查人员，费用较高，效率较低。特殊检查只针对单独桥梁，但需要检测的深度和内容更为全面和严格，检测仪器使用更多，检查人员需要到达的部位必须有代表性，检测费用更高。

（3）安全性存在隐患

日常检查人员较少，爬高下低，安全防护设施比较简易，存在安全隐患。定期检查使用路灯车和桥检车的时候，需要交通布控。同时在桥检车平台或路灯车平台上，限于平台尺寸大小，一些结构部位仍然需要检测人员亲自攀爬到达。

（4）病害的可判别性不一致

由于日常检查人员或常规检查人员业务素质的不同，对不同桥型外观检查的重点不了解，对病害的描述往往不规范、不统一，甚至是错误的，对病害的性质确定和判别存在误差，造成后期内业评定的误判。

因此，围绕公路桥梁养护急需的关键共性技术、重大技术产品、绿色养护材料等，更新理念，攻克难题，提高自主创新能力，形成新一代公路桥梁维护技术体系，已成为转变发展方式、提高公路交通基础设施现代化水平、建设畅通高效、安全绿色的交通运输体系的重要而迫切的任务。目前国内外开始尝试探索将无人机和爬壁机器人应用于桥梁检测。

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。但限于空中航空管理，无人机在民用上刚刚起步。

爬壁机器人是科学家以壁虎为研究对象研制出的仿生机器人，不仅可以在底面快速运动，而且还能吸附在垂直壁面、天花板面等不同法平面进行灵活工作。爬壁机器人在民生和公共安全领域已得到了广泛的应用，将人类从繁重危险的工作中解脱出来，而且大大提高了工作效率，降低了成本，有时甚至能实现人类自身无法完成的工作任务。

无人机和爬壁机器人的生产研究，从某种程度上代替了人力劳动，实现了机械化和自动化。但是具体到公路桥梁实用型无人攀爬设备，还存在一些问题：

（1）目前推出的产品还很不成熟，实用性较差，应用范围较小。桥梁工作环境比较恶劣，风速较大，无人机可控性较差。桥下无法到达，无人机桥面操作时可能发生碰撞。当无人机或攀爬设备超出操作者视线范围，或者无人机绕到桥墩背后或梁下部时，接收信号不能保证。另外，攀爬机器人在状况复杂（不平整、有污渍、泛碱、裂缝、剥落、缺损等）的腹板、底板时吸附能力会不会失效，或者桥面通行车辆震动时会不会脱落等还需要进一步的研究。

（2）公路梁桥适用性不足。目前仅能对一些规则截面如墩壁、梁底板或腹板进行检测。但占公路桥梁大多数的混凝土梁桥存在斜腹板、T梁马蹄、横隔板等变截面或不连续部位；墩柱形式包含圆柱墩、椭圆墩、Y型墩等；预制装配式多梁式梁间距狭小，光线较弱；现浇箱梁内部光线不足等。以上等问题都需要对快速检测设备进行适用性研究和改进。

（3）功能单一，模块化不足。目前主要是高清摄像头拍照功能，个别进行了其他功能尝试。无人机或机器人平台模块化考虑不足，不能搭载其它类型检测设备或仪器。

（4）平台使用和图像后期处理针对性不强。因为功能单一，仅定位为外观拍照，因此需结构专业人员才能掌握桥梁的检测重点，如检测什么部位、如何正确描述等，无形中提高了使用门槛，限制了一般养护人员的使用。另外，传输和存储后的照片及视频信息后续处理规则、标准缺乏，客观上造成同一座桥梁检测结果的无法对比和前后延续。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种桥梁快速可视化检测装置及其系统，解决现有技术中存在的以下问题：

（1）人员或设备受作业平台的限制而无法到达桥梁某些待检部位；

（2）不同检测人员对桥梁病害的认知不同，无法给出规范化的病害检测报告；

（3）现有无人机及攀爬设备等存在操作不稳定性的弊端，对病害的记录达不到精度要求；

（4）现有桥梁检测中人员投入较多、效率较低、费用较高。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种桥梁快速可视化检测装置，其特征在于：

包括相机模组、移动基座、相机导轨、旋转轴和机械臂；

相机模组通过移动基座安装于相机导轨中，相机导轨通过底部的旋转轴安装到机械臂端部。

相机模组包括监控摄像头、测量相机和检测相机，各自通过移动基座安装于相机导轨中；

其中，测量相机通过底部另外安装有具有竖直升降功能的升降机。

机械臂包括多个成角度的节段，每一个节段均为伸缩杆结构。

一种桥梁快速可视化检测系统，其特征在于：

包括相机模组、移动基座、相机导轨、旋转轴、机械臂和监控中心；

相机模组通过移动基座安装于相机导轨中，相机导轨通过底部的旋转轴安装到机械臂端部；

相机模组与监控中心互通，移动基座、旋转轴、机械臂分别与监控中心互通。

相机模组包括监控摄像头、测量相机和检测相机，各自通过移动基座安装于相机导轨中；

其中，测量相机通过底部另外安装有升降机，升降机与监控中心互通。

机械臂包括多个成角度的节段，每一个节段均为伸缩杆结构。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型涉及的桥梁快速可视化检测装置及其系统和方法，在实际操作中可以达到以下技术效果：

（1）能够发现0.1mm裂缝；

（2）裂缝宽度测量精度达到0.02mm；

（3）单次拍摄面积可以达到2m×1m；

（4）相机模组可以返回影像资料；

（5）软件实现自动检测和测量；

（6）形成规范化的检测报告；

（7）该检测装置操作简单、人员投入较少、经济效益可观；

（8）该检测装置体积较小，检测范围广。

附图说明

图1是桥梁快速可视化检测装置构造图。

图2是相机模组示意图。

图3是测量相机示意图。

图4是桥梁快速可视化检测系统结构图。

图5是基于图像处理病害检测模块的图像处理流程图。

图中，1-相机导轨；2-监控摄像头；3-测量相机；4-检测相机；5-升降机；6-旋转轴；7-机械臂；8-待检桥梁。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细的说明。

本实用新型涉及的一种桥梁快速可视化检测装置，包括相机模组、移动基座、相机导轨1、旋转轴6和机械臂7。

相机模组包括监控摄像头2、测量相机3和检测相机4，各自通过移动基座安装于相机导轨1中。测量相机3底部另外设置有升降机5。相机导轨1通过底部的旋转轴6安装到机械臂7端部。机械臂7包括多个成角度的节段，每一个节段均为伸缩杆结构。机械臂7为竖直伸缩机构，旋转轴6为水平旋转机构，机械臂7端部可固定于桥面，通过竖直伸缩机构和水平旋转机构可将相机模组移动到所需检测的位置。

上述装置与监控中心共同组成桥梁快速可视化检测系统，即包括相机模组、移动基座、相机导轨1、旋转轴6、机械臂7和监控中心。监控中心设置有高性能计算机，包含有用于处理病害图像的基于图像处理病害检测模块。相机模组与监控中心互通，移动基座、旋转轴6、机械臂7分别与监控中心互通，升降机5与监控中心互通。

上述系统的检测方法是：通过监控中心控制移动基座、旋转轴6和机械臂7，将相机模组移动到检测位置，获取桥梁表观图像，发送至监控中心，经图像处理将桥梁检测需要的病害信息从计算机的视角来进行强化突出以便于机器识别，识别结果提供图像中的二维像素信息以及三维实体数据并存储于监控中心之中。

具体包括以下步骤：

步骤一：监控中心启动监控摄像头2，根据监控摄像头2传回的实时画面信息，通过控制旋转轴6和机械臂7的运动，移动相机模组所在的整个相机导轨1；

步骤二：相机模组到达桥梁结构构件时，启动移动基座移动测量相机3和检测相机4；

步骤三：启动检测相机4，进行拍摄，将拍摄的照片传回监控中心，识别病害类型；若无病害信息，则进入步骤五；

步骤四：启动测量相机3，通过控制升降机5进行拍摄，获取已识别病害区域的病害照片，传回监控中心，运行监控中心的基于图像处理病害检测模块，该模块通过图像处理计算病害几何信息；

步骤五：操控移动基座运动，到达下一个拍摄点，继续检测。

基于图像处理病害检测模块的图像处理的运行有以下四个方式：

①图像预处理，输入端与图像采集单元输出端连接,完成图像的预处理，操作主要包括图像灰度化和灰度图像增强；

②图像分析，输入端与图像重组模块的输出端连接,用于对重组后的图像进行分析，筛选出图像中桥梁健康问题特征部分，图像分析模块将桥梁的病害的几何信息，包括面积、长度、宽度、形状及位置进行明确的标识；

③存储,采用矢量化存储技术存储信息；

④比较分析,其输入端与图像分析模块的输出端连接并与存储器连接,用于对其他数据与历史数据进行分析比较，用于查找、调用历史数据。

本实用新型通过监控摄像头2、检测相机4和测量相机3组成的相机模组来快速识别并测量病害，然后将病害信息通过USB数据线传回计算机，经过计算机专业软件对病害的分析处理，形成完整的桥梁检测报告，实现一套集病害识别、测量和信息统计分析的快速可视化检测装置。相机选择5千万像素单反相机，工作温度在0~40℃之间，在相机模组工作的同时，采用USB数据线进行照片传输，同时借助USB延长线进行传输距离的延长。该套装置中监控摄像头2的主要作用是在相机模组移动的过程中记录桥梁的总体状况，当发现病害时，监控摄像头2暂停工作；与此同时，检测相机4开始工作，其作用主要是判断病害类型，覆盖范围可以达到1.6m×0.8m，距离卡位精度2mm，结构物内部采用温度控制；当监控摄像头2锁定病害位置且检测相机4识别出病害类型时，测量相机3便通过升降机5靠近病害位置进行病害尺寸测量，精度可以达0.02mm，覆盖范围约16cm×11cm。三台相机在工作过程中可以在相机导轨1上进行左右移动，导轨重复定位精度为2mm，升降机卡位精度为2mm。为了该套装置的灵活性，将相机模组与机械臂7采用旋转连接。

以下为操作实施例：

1、打开桥梁快速可视化检测装置设备箱，将该装置固定于桥面上的载重车机械悬臂上，通过数据线将装置与监控中心的计算机连接,并调整相机组件焦距，检查确保其稳定性。

2、监控中心将竖直伸缩机构、水平旋转机构把装置送至梁体下方；

3、操作人员在桥面上通过监控摄像头2远程控制，此时监控摄像头2会实时将画面通过USB数据线传回到计算机，当发现病害时，旋转轴6停止旋转；

4、系统通过相机导轨1微调检测相机4和测量相机3，并调整摄像头焦距,使显示的图像达到最大清晰度；

5、点击“测量”按钮,系统根据设定帧数,自动检测，当检测相机4确定病害类型以后，调整升降机5使测量相机3到达病害位置进行病害尺寸的测量；与此同时，检测相机4和测量相机3会将测量结果通过USB数据线传回到计算机的专业检测软件；

5、运行基于图像处理病害检测软件，该模块通过图像处理运行计算病害几何信息，系统筛选出图像中桥梁健康问题特征部分，图像分析模块可以将桥梁的病害的几何信息如面积、长度、宽度、形状及位置进行明确的标识，然后生成数据报告；

6、操控移动基座运动，到达下一个拍摄点；

7、控制检测装置移动到下一个待测点，重复上述步骤，完成整个检测过程。

本实用新型的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种桥梁快速可视化检测装置，其特征在于：

包括相机模组、移动基座、相机导轨（1）、旋转轴（6）和机械臂（7）；

相机模组通过移动基座安装于相机导轨（1）中，相机导轨（1）通过底部的旋转轴（6）安装到机械臂（7）端部。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁快速可视化检测装置，其特征在于：

相机模组包括监控摄像头（2）、测量相机（3）和检测相机（4），各自通过移动基座安装于相机导轨（1）中；

其中，测量相机（3）通过底部另外安装有具有竖直升降功能的升降机（5）。

3.根据权利要求1所述的一种桥梁快速可视化检测装置，其特征在于：

机械臂（7）包括多个成角度的节段，每一个节段均为伸缩杆结构。

4.一种桥梁快速可视化检测系统，其特征在于：

包括相机模组、移动基座、相机导轨（1）、旋转轴（6）、机械臂（7）和监控中心；

相机模组通过移动基座安装于相机导轨（1）中，相机导轨（1）通过底部的旋转轴（6）安装到机械臂（7）端部；

相机模组与监控中心互通，移动基座、旋转轴（6）、机械臂（7）分别与监控中心互通。

5.根据权利要求4所述的一种桥梁快速可视化检测系统，其特征在于：

相机模组包括监控摄像头（2）、测量相机（3）和检测相机（4），各自通过移动基座安装于相机导轨（1）中；

其中，测量相机（3）通过底部另外安装有升降机（5），升降机（5）与监控中心互通。

6.根据权利要求4所述的一种桥梁快速可视化检测系统，其特征在于：

机械臂（7）包括多个成角度的节段，每一个节段均为伸缩杆结构。