一种桥梁建模和视频图像采集装置的制作方法

1.本实用新型涉及轨道交通领域，具体来说，涉及一种桥梁建模和视频图像采集装置。


背景技术：

2.轨道交通路网规模的不断扩大以及发车间隔的缩短以及人流量剧增，轨道交通桥梁设施检查养护工作量不断增加，工作难度不断提高，对及时发现、检查桥梁病害，排除安全隐患提出了更高的要求，同时对于大跨度、水上桥梁、跨高铁线路桥梁的监测。对于梁体的病害巡检难度大、费用高。如何有效掌握桥梁病害状况、降低巡检成本，是运维管理单位面临的主要问题。
3.针对大跨度、超高的轨道交通梁体的裂缝、破损、及支座的位移，通过机器视觉技术和激光雷达技术进行全方位自助巡检和分析，结合相关标准进行人工智能分析，给出预维护信息和养护维修建议。
4.人眼观察法：人眼观察法是指检测人员直接观察或利用望远镜等设备进行桥梁检测的方法。对于高架线路的桥梁采用高空作业车和搭设脚手架的方式，在可到达区域进行常规检测。水上桥梁采用高清相机、高倍望远镜进行观察检测，或者在船只上搭设脚手架进行检测。这种方法成本高，机动性差，检测效果不全面，检测人员安全也得不到保障，具有很大的局限性。
5.利用桥梁检测车将检测人员送到检测部位，桥梁检测车主要分为升降式检测车、吊篮式检测车及桁架式检测车：
6.升降式检测车：升降式检测车在桥底使用，结构简单，容易控制，方便桥梁底部的检测。其缺点是使用受限，首先，受升降高度限制，桥梁高度不能过高；其次，影响桥底交通，且桥底空间要足够停放检测车。
7.吊篮式检测车：吊篮式桥梁检测车结构简单，使用方便灵活，适合大部分桥梁类型，对于桥梁上部和下部均可检测，可在多种工况下工作（也适合高空作业），分有线操作和无线操作两种操作模式。但是吊篮式检测车结构庞大，会影响道路交通。
8.桁架式检测车：桁架式桥梁检测车结构复杂，但是给检测人员提供了宽阔的作业平台，稳定性好，承载能力大。该产品最大限度地保证了操作人员的安全，具有实施检测作业方便、不中断交通、工作机动灵活、安全可靠性高等突出优点。但也具有移动不便、机动性较差的缺点。
9.综上所述，人工检测法和桥检车法都是依靠人工用肉眼对桥梁表面进行检测，其速度慢，效率低成本高，漏检率高，实时性差，影响交通，存在安全隐患，很难大幅应用。
10.针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

11.针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种桥梁建模和视频图像采集
装置，能够解决上述问题。
12.为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
13.一种桥梁建模和视频图像采集装置，包括索道和滑动设置于所述索道上的采集器，所述采集器的前部和底部分别设置有用于采集视频的第一摄像头和第二摄像头，所述采集器的侧面设置有第三摄像头和激光雷达，所述第一摄像头、所述第二摄像头、所述第三摄像头和所述激光雷达均连接有通信模块，所述通信模块连接有定位模块。
14.进一步的，所述采集器的侧面设置有激光测距仪，所述激光测距仪连接所述通信模块。
15.进一步的，所述第一摄像头和所述第二摄像头的旁边设置有补光灯，所述补光灯连接有光线感应器。
16.进一步的，所述通信模块为5g模块。
17.进一步的，所述定位模块为北斗模块。
18.进一步的，所述采集器上设置有温湿度感应器，所述温湿度感应器连接所述通信模块。
19.本实用新型的有益效果：本实用新型的采集装置相对于传统检测技术具有自动化程度高、检测效率好、检测成本低、不影响交通以及高耸构件检测便捷等优点。机器视觉的诞生和应用，大幅解放了人类劳动力，同时提高了生产自动化水平，装备的使用效率、可靠性及稳定性等。随着新技术、新理论在机器视觉系统中的应用，机器视觉将在国民经济的各领域申发挥更大作用，其应用前景广阔，并为社会的发展带来了新的技术革命。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是桥梁建模和视频图像采集装置的示意图；
22.图2是计算病害物理尺寸的示意图；
23.图3是摄像机镜头的调整示意图；
24.图4是病害分析的第一结果示意图；
25.图5是病害分析的第二结果示意图。
26.图中：1.索道，2.采集器，3.第一摄像头，4.第二摄像头，5.第三摄像头，6.激光雷达，7.通信模块，8.定位模块，9.激光测距仪，10.补光灯，11.光线感应器，12.温湿度感应器。
具体实施方式
27.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.如图1
‑
5所示，根据本实用新型实施例所述的一种桥梁建模和视频图像采集装置，包括索道1和滑动设置于所述索道1上的采集器2，所述采集器2的前部和底部分别设置有用于采集视频的第一摄像头3和第二摄像头4，所述采集器2的侧面设置有第三摄像头5和激光雷达6，所述第一摄像头3、所述第二摄像头4、所述第三摄像头5和所述激光雷达6均连接有通信模块7，所述通信模块7连接有定位模块8。
29.在本实用新型的一个具体实施例中，所述采集器2的侧面设置有激光测距仪9，所述激光测距仪9连接所述通信模块7。
30.在本实用新型的一个具体实施例中，所述第一摄像头3和所述第二摄像头4的旁边设置有补光灯10，所述补光灯10连接有光线感应器11。
31.在本实用新型的一个具体实施例中，所述通信模块7为5g模块。
32.在本实用新型的一个具体实施例中，所述定位模块8为北斗模块。
33.在本实用新型的一个具体实施例中，所述采集器2上设置有温湿度感应器12，所述温湿度感应器12连接所述通信模块7。
34.为了方便理解本实用新型的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本实用新型的上述技术方案进行详细说明。
35.在具体使用时，根据本实用新型的一种桥梁建模和视频图像采集装置，激光雷达6和第三摄像头5配合，实现对桥梁整体的三维点云建模和视频图像采集，实现桥梁的三维可视化展示。
36.第一摄像头3对设备前方的行进环境进行图像采集，对行进方向的环境情况进行实时分析，判断是 否有异物侵界等影响安全运营状况出现，进行实时预报警。
37.第二摄像头4对桥梁道路护坡的情况进行实时图像采集，对于重点部位进行智能分析，发现是否有违放、违建、烟雾等影响桥梁安全的事件进行分析。保障桥梁道路数字边界的安全。
38.光线感应器11对外界环境的光照进行感知判断，控制补光灯10的开关，为摄像头拍摄进行补光，同时也为后期对视频图像进一步分析进行光线处理提供基础。
39.激光测距仪9对拍摄的距离进行标定，为后期对病害的矢量计算提供手段；
40.温湿度感应器12对环境温湿度进行感知，为后期病害分析、动态阈值算法模型提供参数支撑；
41.北斗与5g用于对采集位置进行标注定位，5g对边缘侧分析出来的病害图像进行实时传输，并接收管理平台的调度、配置参数等控制指令；
42.本实用新型通过32位arm芯片构成边缘计算单元，由四个直流电机构成驱动部分，电机自动控制可实现电机正反转控制，以实现前进后退。
43.通过上述设备能自动识别梁体裂缝、梁体破损，可自动计算裂缝尺寸、破损尺寸（以宽度为主）；可自动识别保护区内的遗撒物、垃圾等非法堆积物；对板式支座、盆式支座位移、剪切角进行自动检测；识别保护区内违停、违建、违放、侵界。
44.原有病害物理尺寸计算方式有以下两种：
45.一、是通过在被测物体表面粘贴标靶或采用红外标靶，再利用机器视觉技术对被测物体进行扫描识别出病害，通过比较病害与标靶的尺寸关系，计算出病害的尺寸。
46.二、是通过利用数字图像过对同一位置跟踪被测物上目标点的运动，测量被测物
体变形前后的两幅图，即变形前的参考场和变形后的变形场，以确定目标点的位移。
47.本实用新型的计算方法是利用红外测距、相机像素、相机成像的ccd尺寸，自动实现对病害物理尺寸的计算。
48.具体实现方式：
49.利用两组红外测距实现对被测物的角度计算如图2，h为已知的距离，通过红外测距测量的距离，利用l2
‑
l1=l，可以计算出夹角θ。
50.如图3所示，为了保证检测的精准度，需要调整摄像机的镜头与被检测目标为垂直状态，因此驱动直流电机调整摄像机镜头以保证检测角度为正视角度。已知ccd的物理尺寸，相机像素、分辨率，摄像机与检测目标的距离，通过对病害识别，并标记处病害占据的像素个数，通过像素的尺寸计算出病害的物理尺寸。
51.病害识别是系统进行计算的基础，精准识别出表面病害并对病害的边缘位置进行精准定位是计算的基础，系统通过亚像素精度的边缘检测算法，采用可修正的贝塞尔点扩散函数 ,将其与理想边缘模型进行卷积后获得可修正的贝塞尔边缘模型 ,应用最小二乘估计拟合获得亚像素边缘定位，获得的边缘位置具有很高的精度，可实现平均误差仅为一个像素的 3 %左右。
52.通过设定采集器2的巡检时间，采集器2根据设定时间自动启动巡检，通过索道1对桥梁表面进行视频扫描，同时对扫描成像的视频图像进行病害类型的分析与判断，并对不同类型的病害进行标记。
53.同时对病害的尺寸进行计算，设备对雷达的三维点云数据进行分析和计算，对支座位移、剪切角度进行分析与判断，并与病害评定标准进行对比再经行预警报警。
54.采集器2在巡检过程还可对桥下区域进行遗撒物、堆放物品、侵界进行自动检测。后台可根据前一天的视频影像做对比给出安全预警分析。
55.采集器2也可通过无线5g远程控制，并可对于重点检测区域进行重点检测，通过后台管理程序管理人员可根据实际监测需要对需要重点关注的区域进行标注，当采集器2到达指定区域后会根据设定的要求对区域进行重点监测。
56.后台可根据三维点云数据对设施进行三维建模。
57.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。