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基于機(jī)器視覺的建筑結(jié)構(gòu)裂縫檢測(cè)及修復(fù)方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例公開了一種基于機(jī)器視覺的建筑結(jié)構(gòu)裂縫檢測(cè)及修復(fù)方法，包括：（1）利用機(jī)器設(shè)備進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的圖像采集；（2）圖像特征值提??；（3）被測(cè)建筑受力分析；（4）被監(jiān)測(cè)建筑的智能修復(fù)。本發(fā)明將機(jī)器視覺引入到結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)當(dāng)中，建立一種實(shí)時(shí)、高效的智能檢測(cè)和維修手段。可以彌補(bǔ)既有結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的一些不足之處，并促進(jìn)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)及維修領(lǐng)域的智能化發(fā)展，用小波分析的方法進(jìn)行裂縫特征值的提取。通過對(duì)提取出的寬度、分布范圍等特征值進(jìn)行有限元分析，找出裂縫與結(jié)構(gòu)健康性之間的關(guān)系，并對(duì)裂縫進(jìn)行量化分級(jí)，從而提高結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的智能化程度，對(duì)建筑物防災(zāi)減災(zāi)及土木工程智能化的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。
【專利說明】基于機(jī)器視覺的建筑結(jié)構(gòu)裂縫檢測(cè)及修復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土木工程自動(dòng)化領(lǐng)域，尤其涉及一種建筑結(jié)構(gòu)裂縫檢測(cè)及修復(fù)方法及應(yīng)用該方法的智能機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的安全要求越來(lái)越高，因此對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞情況尤為關(guān)注。在一個(gè)建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)里面，破壞可以看成一個(gè)影響結(jié)構(gòu)工作的不利因素的參數(shù)。破壞是從材料的破壞開始的，隨著結(jié)構(gòu)的使用，破壞也將逐步積累，在此過程中突發(fā)狀況會(huì)加劇這種變化，當(dāng)增大到一定的地步時(shí)，就會(huì)造成結(jié)構(gòu)的整體失效。建筑結(jié)構(gòu)在投入使用后，正常使用狀態(tài)下，會(huì)不斷受環(huán)境侵蝕，在各種荷載作用下，其微小破壞都會(huì)逐步積累。如果沒有適當(dāng)?shù)木S護(hù)，結(jié)構(gòu)設(shè)施的狀態(tài)將逐漸趨于惡化而變得不可靠。由于缺乏維護(hù)，美國(guó)聯(lián)邦公路管理局(FHWA)聲稱，到2003年為止，美國(guó)27.1%的橋梁有結(jié)構(gòu)缺陷或功能退化，而對(duì)所有59萬(wàn)多座橋梁進(jìn)行更新和適當(dāng)修復(fù)，需要今后20年每年投資94億美元。2007年6月15日我國(guó)廣東省九江大橋和美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間2007年8月I日明尼蘇達(dá)州位于密西西比河上的高速公路135W橋的坍塌，造成了很大的生命財(cái)產(chǎn)損失，使人們對(duì)結(jié)構(gòu)的安全狀況更加關(guān)注。目前我國(guó)有一大批基礎(chǔ)設(shè)施都是在五六十年代建的，經(jīng)過這么多年，其健康狀況到底如何，到底安不安全，這些都值得我們研究。建筑結(jié)構(gòu)在突發(fā)狀況(如地震、臺(tái)風(fēng)等)之后，需對(duì)其進(jìn)行健康評(píng)估，以便救災(zāi)工作的展開，1994年I月17日，美國(guó)加州Northdd羅大地震時(shí)，一些建筑物在遭受主震后并未倒塌，但結(jié)構(gòu)已經(jīng)存在了損傷而未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，在后來(lái)的一次較大的余震作用下倒塌了。1999年我國(guó)臺(tái)灣省臺(tái)中大地震也有類似情況發(fā)生。因此結(jié)構(gòu)的健康評(píng)估工作顯得尤為重要。
[0003]結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)系統(tǒng)SHM (Structural Health Monitoring)是指對(duì)土木工程基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行損傷識(shí)別，進(jìn)而進(jìn)行決策，以幫助我們獲取結(jié)構(gòu)的持久性和適用性的信息的一個(gè)系統(tǒng)。目前，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)取得很多成果，現(xiàn)在的監(jiān)控主要依靠傳感器和一些局部檢測(cè)方法。現(xiàn)有的SHM (結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè))系統(tǒng)仍然存在許多缺陷，系統(tǒng)的可靠度，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸，環(huán)境影響及噪音影響等等。這些缺陷都會(huì)影響結(jié)果的可靠性，并且處理收集的數(shù)據(jù)時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生一些錯(cuò)誤，因此現(xiàn)有的監(jiān)控方法往往不能使人們得到更加直觀的監(jiān)控結(jié)果，而且要耗費(fèi)大量的人力、物力，得到的也不是實(shí)時(shí)的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明鑒于既有的SHM系統(tǒng)的不足，提供一種高度智能化的系統(tǒng)，通過機(jī)器視覺的方法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的健康進(jìn)行監(jiān)控，并通過對(duì)裂縫的分析，對(duì)結(jié)構(gòu)的健康性進(jìn)行評(píng)估，并根據(jù)分析評(píng)估結(jié)果，對(duì)結(jié)構(gòu)病害進(jìn)行實(shí)時(shí)智能修復(fù)的方法，包括:
[0005](I)利用機(jī)器設(shè)備進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的圖像采集；
[0006](2)圖像特征值提?。?br> [0007](3)被測(cè)建筑受力分析；[0008](4)被監(jiān)測(cè)建筑的智能修復(fù)。
[0009]進(jìn)一步地，采集建筑結(jié)構(gòu)的圖像后對(duì)圖像通過直方圖均衡化、圖像分割、邊緣檢測(cè)和形態(tài)學(xué)方法，對(duì)收集到的圖像進(jìn)行處理，研究去除陰影等不利因素的方法，以得到理想圖像。
[0010]進(jìn)一步地，所述圖像特征值提取采用小波變換分析方法提取。
[0011]傳統(tǒng)的傅里葉分解的方法盡管也可以對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行處理，然而在處理有些問題的時(shí)候，傅里葉分解的方法就會(huì)有先天的不足。本發(fā)明提供了一種使用有線寬度基函數(shù)變換的方法，即小波變換的方法。
【權(quán)利要求】
1.一種基于機(jī)器視覺的建筑結(jié)構(gòu)裂縫檢測(cè)及修復(fù)方法，其特征在于，包括: (1)利用機(jī)器設(shè)備進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的圖像采集； (2)圖像特征值提??； (3)被測(cè)建筑受力分析； (4)被監(jiān)測(cè)建筑的智能修復(fù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采集建筑結(jié)構(gòu)的圖像后對(duì)圖像進(jìn)行去除陰影處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述圖像特征值提取采用小波變換分析方法提取。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)被測(cè)建筑受力分析的方法包括: (31)用有限元方法建立簡(jiǎn)支梁受力模型，模擬簡(jiǎn)支梁破壞過程，對(duì)模擬過程中裂縫的分布、寬度等數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析，從而得出精確的模型； (32)將提取出來(lái)的裂縫特征值在模型中定位，并對(duì)整個(gè)過程的變形與受力的情況進(jìn)行進(jìn)一步分析，研究裂縫與破壞之間的聯(lián)系，進(jìn)而建立起裂縫與簡(jiǎn)支梁健康性之間的關(guān)系； (33)進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)建立的裂縫與簡(jiǎn)支梁健康性的關(guān)系進(jìn)行改進(jìn)，以得到理想結(jié)果； (34)將采集到的圖像特征與簡(jiǎn)支梁受力模型進(jìn)行對(duì)比，得出被測(cè)建筑受損狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，被監(jiān)測(cè)建筑的智能修復(fù)方法包括: (41)根據(jù)建立的裂縫與簡(jiǎn)支梁健康性的關(guān)系，確定對(duì)應(yīng)的修復(fù)方法； (42)根據(jù)每個(gè)階段的裂縫與簡(jiǎn)支梁健康性的關(guān)系及相應(yīng)的修復(fù)方法，建立數(shù)據(jù)庫(kù)； (43)根據(jù)步驟(3)檢測(cè)出的建筑受損狀態(tài)匹配對(duì)應(yīng)的修復(fù)方法。
6.一種采用權(quán)利要求1所述檢測(cè)及修復(fù)方法的智能機(jī)器人，其特征在于，通過Matlabsimulink模塊將機(jī)器視覺部分特征值提取的算法、裂縫與簡(jiǎn)支梁的健康性關(guān)系、智能修復(fù)系統(tǒng)有機(jī)的組合在一起，得到實(shí)時(shí)、自動(dòng)的監(jiān)測(cè)、修補(bǔ)一體化的機(jī)器人。
【文檔編號(hào)】G01N21/88GK103745477SQ201410030091
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】莊禮鴻 申請(qǐng)人:汕頭大學(xué)