基于机器视觉的水工建筑物混凝土裂缝实时在线监测系统的制作方法

本发明属于水工建筑物安全监测技术领域，具体涉及一种水工建筑物混凝土裂缝损害实时在线监测系统。

技术背景

裂缝是水工建筑物混凝土上最常见的缺陷之一，有些裂缝只对建筑物外观产生影响，而有些裂缝则对其使用功能和耐久性产生影响，减少建筑物使用寿命，严重时甚至完全丧失其使用功能。因此，采取有效的水工建筑物混凝土裂缝检测手段，及时捕捉裂缝信息，才能提高水工建筑物安全监测系统的预警作用和耳目作用，才能防患于未然。

对于水工建筑物混凝土裂缝的检测，传统的检测方法是采用人工检测。人工检测是检测人员利用刻度尺、放大镜等测量仪器进行裂缝测量。这种方法不仅费时、费力，还容易受到人主观因素的影响，测量精度和效率较低，同时会使工作人员处于危险之中，安全性也较低。

随着科学技术的进步，新的裂缝检测技术也逐渐发展起来。例如，采用光纤传感器进行裂缝检测，这是一种无损检测手段，但由于传感器布设的最佳位置仍处在模型试验阶段，限制了它的应用。超声波技术也应用在裂缝检测中，但由于混凝土中钢筋的干扰以及混凝土本身密度的不均匀等因素影响，导致检测结果的准确率不高。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种基于机器视觉的水工建筑物混凝土裂缝实时在线监测系统，该系统采用机器视觉监测工作站实时采集裂缝图像，然后传输到远程地面分析预警平台进行裂缝分析并做出预警，为工程人员及时采取预防措施提供可靠依据。

本发明的技术方案：

一种基于机器视觉的水工建筑物混凝土裂缝实时在线监测系统，包括机器视觉监测工作站和远程地面分析预警平台；

所述的机器视觉监测工作站，布置在监测现场，用于裂缝图像的实时采集；机器视觉监测工作站包括避雷针1、太阳能监控杆2、太阳能电池板3、无线网桥发射端4、太阳能控制器5、第一旋转装置6、电动伸缩杆7、第二旋转装置8、工业相机9和工业镜头10；避雷针1设置在太阳能监控杆2顶端，太阳能监控杆2安装固定在无线网桥接收端11；太阳能监控杆2上分别安装有太阳能电池板3、无线网桥发射端4、太阳能控制器5和第一旋转装置6，太阳能电池板3位于不被遮挡的位置，实现持续智能供电；无线网桥发射端4和太阳能控制器5实现图像数据的实时在线传输；第一旋转装置6上设有电动伸缩杆7，电动伸缩杆7沿其长度方向延伸，并通过第二旋转装置8连接工业相机9，实现全方位监测裂缝；

所述的远程地面分析预警平台，布置在监控室内，用于裂缝图像处理、特征参数提取以及对检测结果发出预警；远程地面分析预警平台包括无线网桥接收端11、交换机12、计算机13和报警装置14，无线网桥接收端11接收从无线网桥发射端4发射的裂缝信息，再利用交换机12将裂缝信息传输于计算机13，进行裂缝图像处理并提取裂缝特征参数，最后通过报警装置14发出预警。

所述的图像采集系统采用外部保护装置，避免外部环境影响其使用的耐久性。

本发明的有益效果：

1.灵活性好：系统采用电动伸缩支架和旋转装置，实现相机的全方位广视角监测裂缝，实时监测裂缝更加灵活，监测范围更加广泛。

2.实时性强：系统采用无线网桥实现图像的远程传输，远程在线计算混凝土裂缝特征值，能够及时的反映被观测混凝土结构的裂缝特征信息。

3.适用范围广：由于采用模块化的机器视觉监测工作站模式，因此不受供电方式的影响，可以布设在绝大多数水工建筑物易发生裂缝部位；

4.精确度高：系统内的裂缝图像特征值提取方式，能够精确地表示出水工建筑物混凝土结构表面裂缝的位置、长度、宽度、面积、分布范围等数据，极大地方便了后期混凝土结构维护工作。

附图说明

图1是本发明系统总技术路线图。

图2是本发明系统总体结构组成图。

图3是本发明机器视觉监测工作站的三维建模图。

图4是本发明机器视觉监测工作站的立体组合图。

图5是本发明远程地面分析预警平台的工作原理示意图。

图中：1避雷针；2太阳能监控杆；3太阳能电池板；4无线网桥发射端；

5太阳能控制器；6第一旋转装置；7电动伸缩杆；8第二旋转装置；

9工业相机；10工业镜头；11无线网桥接收端；12交换机；13计算机；

14报警装置。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

本发明的基于机器视觉的水工建筑物混凝土裂缝实时在线监测系统主要包括机器视觉监测工作站和远程地面分析预警平台两个部分。图1为本发明的系统总体技术路线图，图2为本发明的系统总体结构组成图，下面结合图1～5对其进行详细介绍。

如图3,4，机器视觉监测工作站的电动伸缩支架7和第二旋转装置8固定工业相机9和工业镜头10，通过第一旋转装置6安装于太阳能监控杆2上，电动伸缩支架7可通过遥控装置智能地进行长度方向伸缩，第二旋转装置8实现相机摆动，第一旋转装置6实现相机360°旋转。太阳能电池板3安装于太阳能监控杆2上，将太阳能转化成电能经太阳能控制器5存储于蓄电池12内，蓄电池12埋于地下混凝土块11内，实现图像采集设备的实时智能供电。将图像采集设备获取的图像信息通过无线网桥发射端4进行远程传递。避雷针1保护用电设备免受瞬时过电流的危害。

如图5，机器视觉监测工作站获取的图像信号通过无线网桥发射端4传递到无线网桥接收端11，然后通过交换机12连接计算机13，计算机13中的裂缝图像检测模块实现裂缝图像处理和裂缝特征参数提取工作，最后通过报警装置14对检测结果进行预警；

裂缝监测过程中，使图像采集设备全方位广视角旋转监测水工建筑物表面裂缝，同时配合太阳能供电系统持续供电，使相机能够持续长期稳定的在各种复杂的环境下工作。无线网桥实时远程传输图像信号，并通过裂缝检测模块和报警装置及时反应裂缝状态，为工作人员及时采取工程措施提供可靠依据。由此实现了基于机器视觉的水工建筑物混凝土裂缝实时在线监测功能。

技术特征：

技术总结
本发明属于水工建筑物安全监测技术领域，提供一种水工建筑物混凝土裂缝损害实时在线监测系统。该系统包括机器视觉监测工作站和远程地面分析预警平台；机器视觉监测工作站包括避雷针、太阳能监控杆、太阳能电池板、无线网桥发射端、太阳能控制器、第一旋转装置、电动伸缩杆、第二旋转装置、工业相机和工业镜头；远程地面分析预警平台包括无线网桥接收端、交换机、计算机和报警装置，无线网桥接收端接收从无线网桥发射端发射的裂缝信息，再利用交换机将裂缝信息传输于计算机，进行裂缝图像处理并提取裂缝特征参数，最后通过报警装置发出预警。本发明水工建筑物混凝土裂缝损害实时在线监测系统具有灵活性好、实时性强、适用范围广和精确度高等优点。

技术研发人员：李俊杰;康飞;郭慧;赵思曾;赵鹏辉;刘易;刘德方;王丽
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2017.04.26
技术公布日：2017.07.18