本發(fā)明涉及對既有和在建建(構)筑物的變形監(jiān)測，主要為沉降變形監(jiān)測，水平位移監(jiān)測及外觀損傷發(fā)展情況監(jiān)測技術領域。

背景技術：

隨著已建和在建建(筑)物的增多和近年來高發(fā)的建筑物倒塌事件，使得對建筑物的安全監(jiān)測和可靠性評價越來越受到重視。國家“十三五”課題組也將建立既有工業(yè)建筑結構可靠性評價及全壽命評價關鍵技術列入專項課題。而建筑物可靠性評價中對建筑物的變形監(jiān)測和測量尤為重要。目前建筑物變形監(jiān)測常用手段為采用經(jīng)緯儀、水準儀、測距儀及全站儀等測量儀器測定測點的位移量。此類手段能夠提供建筑物的整體變形狀態(tài)，確定其變形范圍和位移量。但其布點受地形條件等影響較大，對不可通視觀測點需增加多個基準點并加以保護，外業(yè)工作量大，需要人工監(jiān)測，在監(jiān)測過程中易出現(xiàn)人為誤差。且后期數(shù)據(jù)處理工作量較大。隨著近年GPS和智能型全站儀監(jiān)測技術的出現(xiàn)，變形監(jiān)測逐漸趨于實時化、動態(tài)監(jiān)測。其中GPS具有全天候、高速度、自動化、測站間無需通視、可同時測定三維坐標及精度高等優(yōu)點，但GPS接收機受衛(wèi)星信號被遮擋及多路徑效應的影響大；GPS動態(tài)變形監(jiān)測精度較低，無法達到動態(tài)微量變形監(jiān)測，且數(shù)據(jù)誤差來源多，數(shù)據(jù)較難處理。目前兩種監(jiān)測手段都有成本較高和監(jiān)測精度無法保證的缺點。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種建(構)筑物變形、位移及損傷集群成像物聯(lián)監(jiān)測法，以解決如下技術問題：通過安裝在基準點處的高倍率放大成像設備，對建筑物上固定的高精度光標尺進行圖像監(jiān)測采集，采用圖像數(shù)字處理技術分析采集的高精度光標尺相對位移量從而實現(xiàn)高精度測量；修正與原始基準點相鄰監(jiān)測點的位移量，以該點作為新的基準點，基準點依次傳遞，實現(xiàn)集群監(jiān)測；在高倍率放大成像設備上集成無線收發(fā)裝置，實現(xiàn)無線高頻率和無人化監(jiān)測。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下。

一種建(構)筑物變形、位移及損傷集群成像物聯(lián)監(jiān)測法，其步驟如下：

(1)確定基準點及監(jiān)測點：根據(jù)監(jiān)測要求、監(jiān)測條件及相關規(guī)范，確定監(jiān)測點布控網(wǎng)絡，明確基準點、監(jiān)測點和傳遞點位置；

在觀測結構外設立一個原始基準點并加以保護，以原始基準點觀測下一測點的變形，修正該測點相對位移量后,以該測點作為第一傳遞基準點觀測后續(xù)一組監(jiān)測點的變形；修正一組測點相對位移量后，再以其中一測點為第二傳遞基準點觀測再后續(xù)一組監(jiān)測點的變形；基準點依次傳遞，以此類推，利用基準點的傳遞實現(xiàn)集群監(jiān)測；

(2)光標尺安裝：在各監(jiān)測點處安裝帶刻度的光標尺；

(3)安裝成像設備：在原始基準點和各傳遞基準點處安裝20倍以上的放大成像設備；

(4)圖像采集：通過無線網(wǎng)絡控制成像設備工作，實時記錄被測光標尺或監(jiān)測點的變化信息，將采集的圖像進行整理儲存；

(5)圖像數(shù)字化處理：通過圖像數(shù)字化處理分析采集的圖像，得到被測點位移、變形和損傷狀況；

在無線通訊接收采集的數(shù)據(jù)圖像信號后，通過軟件進行極軸計算，對其極軸坐標分析，自動整合數(shù)據(jù)，轉化為數(shù)字信號，得出成像設備標尺中心的位移量及位移方向，從而得到該觀測點的主要包括相對位移、角度、裂縫寬度信息，并判斷是否滿足相關規(guī)范的要求，從而進行損傷監(jiān)測，實時檢測建筑設施的安全性。

一種建(構)筑物變形、位移及損傷集群成像物聯(lián)監(jiān)測法，所述的光標尺為監(jiān)測用的輔助監(jiān)測儀器，其尺寸為10×10cm的田子格結構，用于監(jiān)測參照。

一種建(構)筑物變形、位移及損傷集群成像物聯(lián)監(jiān)測法，其中所述的成像設備為長焦高倍率工業(yè)相機，該相機具備如下參數(shù)：35倍光學變焦、1600萬有效像素、鏡頭焦距4.5-157.5mm、光圈3.0-5.9，并且具有光學防抖，自動對焦功能；相機內(nèi)置儲存卡，內(nèi)存卡附帶無線傳輸功能，相機內(nèi)置一塊鋰電池。

一種建(構)筑物變形、位移及損傷集群成像物聯(lián)監(jiān)測法，所述的成像設備為長焦高倍率工業(yè)相機上有太陽能充電接口；太陽能充電采用獨立模塊，功率10W以上，容量20000mAh。

一種建(構)筑物變形、位移及損傷集群成像物聯(lián)監(jiān)測法，所述圖像數(shù)字化處理為具備亞象素邊緣及線提取、亞象素輪廓處理、邊緣位置測量、Blob分析、圖像分割、幾何變換和2維定標功能的軟件。

本發(fā)明的優(yōu)點及積極效果如下：

(1)通過原始基準點對相鄰監(jiān)測點進行位移量修正，再以被修正后的監(jiān)測點作為新的基準點，基準點依次傳遞，進而實現(xiàn)集群化監(jiān)測；

(2)將攝像技術引入建(構)筑物監(jiān)測中，大大增加了監(jiān)測數(shù)據(jù)的精度，從而更切實的掌握建(構)筑物的變形、位移及損傷情況。

(3)一次性設置成像監(jiān)測點和光標尺，摒棄依靠測量人員大量外業(yè)工作和室內(nèi)數(shù)據(jù)處理分析的傳統(tǒng)監(jiān)測方法，大大降低成本，提高工作效率；

(4)通過成像設備一對一采集光標尺相對位移圖像，采用專用圖像處理軟件對標尺圖像進行極軸坐標分析、自動整合數(shù)據(jù)，避免人為操作造成的誤差，實現(xiàn)高精度監(jiān)測；

(5)一次性安置監(jiān)測點和光標尺后，即可采用無線傳輸，對存在安全隱患的建(構)筑物，監(jiān)測人員可遠離危險源，保證工作人員安全；

附圖說明

圖1是本發(fā)明的原理示意圖。

圖2是第一傳遞基準點B1放大示意圖。

圖3是第二傳遞基準點B5放大示意圖。

圖4是第三傳遞基準點B9放大示意圖。

圖5是光標尺成像示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明的集群式監(jiān)測系統(tǒng)如圖1所示，包括：變形監(jiān)測原始基準點C₁、第一傳遞基準點B₁、第二傳遞基準點B₅、第三傳遞基準點B₉……、損傷監(jiān)測基準點S₁、損傷觀測點S₁＇。

如圖2、3、4、5所示，以原始基準點C₁觀測測點B₁的變形，修正B₁點相對位移量后,以B₁點作為第一傳遞基準點觀測監(jiān)測點B₂、B₃、B₄和B₅的變形；修正B₅點相對位移量后，再以B₅點為第二傳遞基準點觀測監(jiān)測點B₆、B₇、B₈和B₉的變形；修正B₉點相對位移量后，再以B₉點為第三基準點觀測下一建筑物的變形，基準點依次傳遞，實現(xiàn)集群化觀測。如圖5所示光標尺上成像設備初始位置為a，第二次監(jiān)測照片上成像設備標尺中心位置為a′，通過軟件進行極軸計算可得出成像設備標尺中心的位移量及位移方向，從而得到該觀測點的位移量及位移方向。以損傷監(jiān)測基準點S₁觀測損傷點S₁＇處的裂縫或損傷發(fā)展狀況。

結合附圖本技術實施具體包括以下步驟：

(1)確定基準點及監(jiān)測點：根據(jù)監(jiān)測要求、現(xiàn)場監(jiān)測條件及相關規(guī)范，確定監(jiān)測點布控網(wǎng)絡，明確變形監(jiān)測原始基準點為C₁、監(jiān)測點為B1-Bn、傳遞基準點為B₁、B₅、B₉……、損傷監(jiān)測基準點為S₁、損傷觀測點為S₁＇；

(2)光標尺安裝：根據(jù)監(jiān)測方案，在監(jiān)測點處安裝帶刻度的光標尺B₁-B_n；

(3)安裝成像設備：在原始基準點C₁處安裝成像設備C₁，損傷成像設備S₁，第一傳遞基準點B₁處安裝成像設備C₂、C₃、C₄、C₅，第二傳遞基準點B₅處安裝成像設備C₆、C₇、C₈、C₉，第三傳遞基準點B₉處安裝成像設備C₁₀、C₁₁、C₁₂、C₁₃……；

(4)圖像采集：通過成像設備工作，在正式觀測前記錄所有成像設備標尺中心點在光標尺上的初始位置圖像，以此位置圖像作為被監(jiān)測點的初始點位，以后監(jiān)測過程中實時采集監(jiān)測點的信息或點位關系圖像，對損傷監(jiān)測在正式觀測前記錄觀測點處損傷圖片，以后監(jiān)測過程中實時采集監(jiān)測點的損傷圖片；

(5)圖像數(shù)字化處理：通過圖像處理軟件分析采集的圖像，對比被監(jiān)測點的初始位置圖像和監(jiān)測過程中采集的點位關系圖像，分析得到該監(jiān)測點的位移量、位移方向和損傷狀況。

在無線通訊接收采集的數(shù)據(jù)圖像信號后，通過軟件進行極軸計算，對其極軸坐標分析，自動整合數(shù)據(jù)，轉化為數(shù)字信號，得出成像設備標尺中心的位移量及位移方向，從而得到該觀測點的主要包括相對位移、角度、裂縫寬度信息，并判斷是否滿足相關規(guī)范的要求，從而進行損傷監(jiān)測，實時檢測建筑設施的安全性。

上述圖像處理軟件，可以使用現(xiàn)有的，例如德國的專用圖像處理軟件Halcon，其具備亞象素邊緣及線提取、亞象素輪廓處理、邊緣位置測量、Blob分析、圖像分割、幾何變換、2維定標等強大功能。該軟件將收集的圖像對其極軸坐標分析，自動整合數(shù)據(jù)，轉化為數(shù)字信號，通過數(shù)字信息來分析判斷監(jiān)測點的相對位移，角度，裂縫寬度等信息是否滿足相關規(guī)范的要求，從而判斷建筑設施的安全性。