一种基于图像识别的高层建筑墙体监控装置及其方法

1.本发明一种基于图像识别的高层建筑墙体监控装置及其方法涉及一种在图像识别的基础上对高层建筑墙体裂缝进行监控的装置及其方法，属于建筑墙体监测技术领域。


背景技术：

2.建筑在长时间的风吹雨打日晒等自然环境下，会受到温度应力等因素影响，墙体材料会产生间隙，间隙可能催化放大进而在表面产生裂缝，随着裂缝不断扩大，会造成安全隐患，尤其是高层建筑在发生裂缝时，若不及时发现检修将破坏建筑整体的强度及稳定性，目前对建筑裂缝的检测主要依靠人工巡检，工作量大，且对于高层建筑来说，地面巡检人员与裂缝的垂直距离较远，肉眼难以准确观测裂缝的实际状况，若靠近高层建筑的墙体进行观察，则又会存在一定的危险。
3.公开号cn111612846a公开了一种基于u-net cnn图像识别和像素标定的混凝土裂缝宽度测定方法，包括如下步骤：使用单反相机和激光测距仪获取已知拍摄距离和焦距的多张混凝土结构表面裂缝的照片；训练u-net cnn网络，实现对裂缝的自动化识别并提取裂缝形态；标记裂缝宽度方向，提取裂缝宽度方向像素个数；室内标靶实验，构建拍摄距离、焦距、像素实际尺寸的非线性模型，标定像素实际尺寸；采用该方法，对高层建筑墙体来说，墙体裂缝照片的获取较为困难，需要人工借助吊篮等设备上升到高层墙体裂缝处，然后再利用单反相机和激光测距仪获取墙体裂缝图像和拍摄距离，容易发生危险，不适合对高层建筑墙体裂缝的监测。
4.公开号cn105910540a公开了一种用于现场检测建筑墙体裂缝的方法，包括以下步骤：取一采用cmos图像传感器的摄像装置，将摄像装置固定在带有裂缝的墙体正前方；测量摄像头与墙体间的距离；拍摄带裂缝的墙面照片；根据摄像头的横向、纵向视场角，来计算照片中墙面的实际长度和宽度；根据照片中裂缝和墙面的像素值的差异找出裂缝宽度所占像素的个数、及裂缝与水平线的夹角；采用该方法，对高层建筑墙体来说，墙体正前方一般无法设置摄像装置的固定结构，需要人工手持摄像装置对高层建筑的墙体裂缝进行拍摄，墙体裂缝照片的获取较为困难，不适合对高层建筑墙体裂缝的监测。
5.公开号cn106595497a公开了一种建筑物表面裂缝实时监测预警系统及其预警方法，该预警系统包括设置于建筑物表面裂缝处的随裂缝同步变形的标识物，以及用于采集标识物变形数据的数据采集系统；数据采集系统包括m个数据采集装置，m为正整数；数据采集装置包括监测设备，监测设备采集标识物变形数据并通过信号收发器与数据处理终端相连；数据处理终端根据标识物移动数据获得建筑物表面裂缝的变换数据并显示，该预警系统需要人工在建筑物表面裂缝处安装标识物，对高层建筑墙体来说，人工安装容易发生危险，不适合对高层建筑墙体裂缝的监测。


技术实现要素：

6.为了改善上述情况，本发明一种基于图像识别的高层建筑墙体监控装置及其方法
提供了一种能够安装在无人机上对高层建筑墙体表面进行拍摄获取墙体图像和裂缝图像以及对应的拍摄距离并进行分析，无需人工巡检的墙体监控装置及其方法，适于高层建筑墙体的裂缝监测，能够及时掌握墙体裂缝相对于墙体宽度的变化情况，便于监测人员及时采取相应的措施。
7.本发明一种基于图像识别的高层建筑墙体监控装置是这样实现的：本发明一种基于图像识别的高层建筑墙体监控装置包括用于和无人机连接的安装组件，用于获取墙体图像和裂缝图像的图像获取组件以及用于无人机落地时对图像获取组件进行缓冲保护的减震组件，其特征在于，所述安装组件设置在图像获取组件上，所述减震组件设置在图像获取组件上，优选的，所述安装组件有两个，两个所述安装组件对称设置在图像获取组件上，所述减震组件有两个，两个所述减震组件对称设置在图像获取组件上，所述图像获取组件由摄像头、支撑板、激光测距仪、摄像头固定板、固定槽、限位槽和测距仪固定板组成，支撑板顶面中部开有固定槽，摄像头固定板置于固定槽内，摄像头置于摄像头固定板中心位置处，支撑板底面中部开有限位槽，测距仪固定板置于限位槽内，激光测距仪置于测距仪固定板上，优选的，所述激光测距仪的中心线和摄像头的中心线在同一条直线上，所述激光测距仪和摄像头相齐平，优选的，所述支撑板一侧面为弧形结构，所述支撑板的宽度从中间向两端逐渐增大，所述安装组件由连接板、固定限位板和安装板组成，所述固定限位板通过紧固螺栓置于支撑板上，连接板一端通过铰接轴和固定限位板相铰接，另一端和安装板相连接，优选的，所述连接板为弧形结构，优选的，所述安装板上开有预留安装孔，所述安装板所在平面和支撑板相垂直，所述减震组件由转动滑筒、支撑滑杆、自动伸缩杆、铰接座、减震支腿、铰接耳、缓冲弹簧和限位滑板组成，铰接耳置于支撑板底面上，转动滑筒筒底通过铰接座和铰接耳相铰接，支撑滑杆一端可滑动的置于转动滑筒内，另一端穿出转动滑筒筒口和减震支腿一端相连接，优选的，所述转动滑筒筒口直径小于筒底直径，优选的，所述减震支腿的直径从一端相另一端逐渐增大，所述减震支腿由橡胶材料制成，限位滑板置于支撑滑杆一端，优选的，所述限位滑板位于转动滑筒内，所述限位滑板侧壁和转动滑筒内壁相接触，缓冲弹簧置于转动滑筒内，所述缓冲弹簧一端和转动滑筒筒底相连接，另一端和限位滑板相连接，自动伸缩杆一端通过连接耳和转动滑筒相铰接，优选的，所述连接耳靠近转动滑筒筒口位置，自动伸缩杆另一端和支撑板底面相铰接；
本发明还涉及一种基于图像识别的高层建筑墙体监控装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：1）通过安装板上的预留安装孔将墙体监控装置安装在无人机的固定座上；2）无人机带动墙体监控装置上升，使摄像头和激光测距仪正对高层建筑的墙体，当无人机上升时，自动伸缩杆处于伸缩状态，使得减震组件贴近支撑板，重心靠近无人机，使无人机上升过程更加稳定；3）利用摄像头对高层建筑墙体表面进行拍摄，获取墙体图像和墙体裂缝图像，同时激光测距仪测出相应的拍摄距离；4）拍摄完成，无人机下落，当无人机下落时，自动伸缩杆伸长，推动转动滑筒转动，使其和地面垂直；5）落地时，减震支腿先和地面接触，然后推动支撑滑杆在转动滑筒内滑动，缓冲弹簧被压缩产生弹性形变，对落地时产生的硬碰撞进行缓冲，防止摄像头和激光测距仪发生损坏；本发明还涉及利用一种基于图像识别的高层建筑墙体监控装置进行高层建筑墙体裂缝监测的方法，其特征在于包括以下步骤：1）利用高层建筑墙体监控装置获取墙面全景图像，此时摄像头到墙面的距离为l1；2）对墙面全景图像进行灰度处理，进行背景分离，提取墙面图像信息并测量l1距离下的墙面宽度；优选的，所述墙面宽度通过人工测量获取，即监测人员利用标尺测量出墙面的宽度；3）利用高层建筑墙体监控装置获取墙面裂缝图像，此时摄像头到墙面的距离为l2；4）对墙面裂缝图像进行灰度处理，测出墙面裂缝的最大宽度作为l2距离下的墙面裂缝宽度；5）将l1距离下的墙面宽度转换为预先设定的标准距离l下的宽度信息w1，同时将l2距离下的墙面裂缝宽度转换为预先设定的标准距离l下的宽度信息w2；优选的，所述宽度转换模型通过前期实验得到，设定标准距离l，进行室内实验，标定相机，采用室内标靶实验获取大量摄距s以及图片中单个目标在对应摄距下的尺寸a，建立函数关系a
,
＝f(s,a,l)；其中，a
,
为在摄距s下的目标尺寸a在标准距离l下的尺寸；6）将w1 和w2代入比值公式f=α(w2/w1)，其中，α为修正系数；所得结果和预先设定的阈值范围进行比较，当小于设定的阈值范围时，监测人员无需采取行动；当结果在设定的阈值范围内时，监测人员需要对裂缝进行更高频率的监测；当结果超过设定的阈值范围时，监测人员就需要对裂缝进行修补；优选的，所述阈值范围根据墙体的材料、厚度、裂缝所在墙体的高度以及墙体所处的外部温度、湿度来确定。
8.有益效果。
9.一、能够利用无人机获取高层建筑墙体图像和裂缝图像以及对应的距离信息，无
需人工巡检拍摄，省时省力，适于高层建筑的墙体监测。
10.二、能够及时掌握墙体裂缝相对于墙体宽度的变化情况，便于监测人员及时采取相应的措施。
11.三、能够在无人机下落时对地面产生的硬碰撞进行缓冲，防止摄像头和激光测距仪受震动而损坏。
附图说明
12.图1为本发明一种基于图像识别的高层建筑墙体监控装置的立体结构图；图2为本发明一种基于图像识别的高层建筑墙体监控装置的减震组件的结构示意图；图3为本发明一种基于图像识别的高层建筑墙体监控装置的结构示意图，其仅仅展示了支撑板的结构。
13.附图中其中为：连接板（1），摄像头（2），固定限位板（3），支撑板（4），转动滑筒（5），支撑滑杆（6），自动伸缩杆（7），激光测距仪（8），铰接座（9），减震支腿（10），铰接耳（11），摄像头固定板（12），安装板（13），缓冲弹簧（14），限位滑板（15），固定槽（16），限位槽（17），测距仪固定板（18）。
14.具体实施方式：本发明一种基于图像识别的高层建筑墙体监控装置包括用于和无人机连接的安装组件，用于获取墙体图像和裂缝图像的图像获取组件以及用于无人机落地时对图像获取组件进行缓冲保护的减震组件，其特征在于，所述安装组件设置在图像获取组件上，所述减震组件设置在图像获取组件上，优选的，所述安装组件有两个，两个所述安装组件对称设置在图像获取组件上，所述减震组件有两个，两个所述减震组件对称设置在图像获取组件上，所述图像获取组件由摄像头（2）、支撑板（4）、激光测距仪（8）、摄像头固定板（12）、固定槽（16）、限位槽（17）和测距仪固定板（18）组成，支撑板（4）顶面中部开有固定槽（16），摄像头固定板（12）置于固定槽（16）内，摄像头（2）置于摄像头固定板（12）中心位置处，支撑板（4）底面中部开有限位槽（17），测距仪固定板（18）置于限位槽（17）内，激光测距仪（8）置于测距仪固定板（18）上，优选的，所述激光测距仪（8）的中心线和摄像头（2）的中心线在同一条直线上，所述激光测距仪（8）和摄像头（2）相齐平，优选的，所述支撑板（4）一侧面为弧形结构，所述支撑板（4）的宽度从中间向两端逐渐增大，所述安装组件由连接板（1）、固定限位板（3）和安装板（13）组成，所述固定限位板（3）通过紧固螺栓置于支撑板（4）上，连接板（1）一端通过铰接轴和固定限位板（3）相铰接，另一端和安装板（13）相连接，优选的，所述连接板（1）为弧形结构，优选的，所述安装板（13）上开有预留安装孔，所述安装板（13）所在平面和支撑板
（4）相垂直，所述减震组件由转动滑筒（5）、支撑滑杆（6）、自动伸缩杆（7）、铰接座（9）、减震支腿（10）、铰接耳（11）、缓冲弹簧（14）和限位滑板（15）组成，铰接耳（11）置于支撑板（4）底面上，转动滑筒（5）筒底通过铰接座（9）和铰接耳（11）相铰接，支撑滑杆（6）一端可滑动的置于转动滑筒（5）内，另一端穿出转动滑筒（5）筒口和减震支腿（10）一端相连接，优选的，所述转动滑筒（5）筒口直径小于筒底直径，优选的，所述减震支腿（10）的直径从一端相另一端逐渐增大，所述减震支腿（10）由橡胶材料制成，限位滑板（15）置于支撑滑杆（6）一端，优选的，所述限位滑板（15）位于转动滑筒（5）内，所述限位滑板（15）侧壁和转动滑筒（5）内壁相接触，缓冲弹簧（14）置于转动滑筒（5）内，所述缓冲弹簧（14）一端和转动滑筒（5）筒底相连接，另一端和限位滑板（15）相连接，自动伸缩杆（7）一端通过连接耳和转动滑筒（5）相铰接，优选的，所述连接耳靠近转动滑筒（5）筒口位置，自动伸缩杆（7）另一端和支撑板（4）底面相铰接；优选的，所述支撑板（4）为塑料板，塑料板就是用塑料做成板材，塑料为合成的高分子化合物，可以自由改变形体样式，塑料是利用单体原料以合成或缩合反应聚合而成的材料，由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成的，它的主要成分是合成树脂，塑料板耐化学侵蚀， 具光泽，部份透明或半透明， 大部分为良好绝缘体， 重量轻且坚固， 加工容易可大量生产，价格便宜；优选的，所述连接板（1）由塑料材料制成；本发明一种基于图像识别的高层建筑墙体监控装置的使用方法步骤如下：1）通过安装板（13）上的预留安装孔将墙体监控装置安装在无人机的固定座上；2）无人机带动墙体监控装置上升，使摄像头（2）和激光测距仪（8）正对高层建筑的墙体，当无人机上升时，自动伸缩杆（7）处于伸缩状态，使得减震组件贴近支撑板（4），重心靠近无人机，使无人机上升过程更加稳定；3）利用摄像头（2）对高层建筑墙体表面进行拍摄，获取墙体图像和墙体裂缝图像，同时激光测距仪（8）测出相应的拍摄距离；4）拍摄完成，无人机下落，当无人机下落时，自动伸缩杆（7）伸长，推动转动滑筒（5）转动，使其和地面垂直；5）落地时，减震支腿（10）先和地面接触，然后推动支撑滑杆（6）在转动滑筒（5）内滑动，缓冲弹簧（14）被压缩产生弹性形变，对落地时产生的硬碰撞进行缓冲，防止摄像头（2）和激光测距仪（8）发生损坏；本发明利用一种基于图像识别的高层建筑墙体监控装置进行高层建筑墙体裂缝监测的方法步骤如下：1）利用高层建筑墙体监控装置获取墙面全景图像，此时摄像头（2）到墙面的距离为l1；2）对墙面全景图像进行灰度处理，进行背景分离，提取墙面图像信息并测量l1距
离下的墙面宽度；优选的，所述墙面宽度通过人工测量获取，即监测人员利用标尺测量出墙面的宽度；3）利用高层建筑墙体监控装置获取墙面裂缝图像，此时摄像头（2）到墙面的距离为l2；4）对墙面裂缝图像进行灰度处理，测出墙面裂缝的最大宽度作为l2距离下的墙面裂缝宽度；5）将l1距离下的墙面宽度转换为预先设定的标准距离l下的宽度信息w1，同时将l2距离下的墙面裂缝宽度转换为预先设定的标准距离l下的宽度信息w2；优选的，所述宽度转换模型通过前期实验得到，设定标准距离l，进行室内实验，标定相机，采用室内标靶实验获取大量摄距s以及图片中单个目标在对应摄距下的尺寸a，建立函数关系a
,
＝f(s,a,l)；其中，a
,
为在摄距s下的目标尺寸a在标准距离l下的尺寸；6）将w1 和w2代入比值公式f=α(w2/w1)，其中，α为修正系数；所得结果和预先设定的阈值范围进行比较，当小于设定的阈值范围时，监测人员无需采取行动；当结果在设定的阈值范围内时，监测人员需要对裂缝进行更高频率的监测；当结果超过设定的阈值范围时，监测人员就需要对裂缝进行修补；优选的，所述阈值范围根据墙体的材料、厚度、裂缝所在墙体的高度以及墙体所处的外部温度、湿度来确定。
15.所述支撑板（4）一侧面为弧形结构，所述支撑板（4）的宽度从中间向两端逐渐增大的设计，能够对摄像头（2）和激光测距仪（8）形成避让，防止支撑板（4）侧面对摄像头（2）和激光测距仪（8）形成遮挡而影响拍摄和测距；所述连接板（1）为弧形结构的设计，能够提高连接板（1）的抗拉能力，同时能够增加连接板（1）到摄像头（2）之间的距离，防止连接板（1）遮挡摄像头（2）而影响对墙体图像的获取；所述连接板（1）一端通过铰接轴和固定限位板（3）相铰接的设计，能够配合安装板（13）使支撑板（4）在重力的作用下始终保持竖直状态，防止支撑板（4）发生歪斜而影响对墙面图像和裂缝图像的获取；所述转动滑筒（5）筒口直径小于筒底直径的设计，能够配合限位滑板（15）对支撑滑杆（6）进行限位，防止支撑滑杆（6）滑出转动滑筒（5）；所述减震支腿（10）的直径从一端相另一端逐渐增大，所述减震支腿（10）由橡胶材料制成的设计，能够提高减震支腿（10）的抓地力，使减震支腿（10）和地面接触时更加稳定，同时橡胶材料能够对和地面产生的硬碰撞进行一定的缓冲，提高对摄像头（2）和激光测距仪（8）的减震防护作用；达到能够安装在无人机上对高层建筑墙体表面进行拍摄获取墙体图像和裂缝图像以及对应的拍摄距离并进行分析，无需人工巡检的目的。
16.上述实施例为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。