裂縫寬度變化監(jiān)測裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種裂縫寬度變化監(jiān)測裝置及其方法，涉及工程力學(xué)中的裂縫監(jiān)測技術(shù)。本裝置包括監(jiān)測區(qū)域（00）、左側(cè)標(biāo)識板（10）、右側(cè)標(biāo)識板（20）、手機（30）、傳輸線（40）和電腦（50）；在監(jiān)測區(qū)域（10）內(nèi)，在裂縫（11）的左右兩側(cè)分別設(shè)置有左側(cè)標(biāo)識板（10）和右側(cè)標(biāo)識板（20），手機（30）對監(jiān)測區(qū)域（00）進行拍照，手機（30）、傳輸線（40）和電腦（50）依次連接。本發(fā)明利用隨身攜帶手機掃描二維碼和拍照片，攜帶方便，操作便捷，提高了監(jiān)測效率；將照片傳至電腦，程序?qū)⒆詣犹幚?、計算裂縫寬度監(jiān)測結(jié)果；監(jiān)測精度高，經(jīng)濟效益顯著，易于推廣。
【專利說明】裂縫寬度變化監(jiān)測裝置及其方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工程力學(xué)中的裂縫監(jiān)測技術(shù)，尤其涉及一種裂縫寬度變化監(jiān)測裝置及其方法。
[0002]具體地說，在公路、鐵路、水電、礦山和地鐵等行業(yè)，本發(fā)明可以對隧道襯砌、邊坡?lián)跬翂涂够挼然炷两Y(jié)構(gòu)開裂以及其它各種裂縫寬度發(fā)展、變化規(guī)律進行有效監(jiān)測，適用于各種結(jié)構(gòu)體開裂后裂縫寬度擴展情況的監(jiān)測，包括施工期安全監(jiān)測和運營期健康監(jiān)測。
技術(shù)背景
[0003]為確保工程建設(shè)與運行的安全性，對結(jié)構(gòu)變形進行監(jiān)測必不可少，尤其對結(jié)構(gòu)各種裂縫寬度監(jiān)測能有效避免施工中事故的發(fā)生，判斷工程運營期間的安全性。因此，在這種形勢下，為降低裂縫寬度監(jiān)測的成本，提高監(jiān)測精度和監(jiān)測方法的便捷性，在移動與計算機技術(shù)手段迅猛發(fā)展的背景下，基于手機拍照和計算機圖像處理技術(shù)，一種實用的裂縫監(jiān)測裝置被提出來了，并且會廣泛地應(yīng)用到工程實踐中。
[0004]裂縫寬度變化規(guī)律直觀反映了結(jié)構(gòu)體穩(wěn)定狀態(tài)，為工程建設(shè)提供保障，為下一階段施工方案制定和結(jié)構(gòu)體處治提供依據(jù)。同時，為克服目前裂縫監(jiān)測方法笨重與監(jiān)測結(jié)果易受操作人員影響等不足，研宄一種操作便捷、監(jiān)測精度穩(wěn)定的裂縫寬度監(jiān)測裝置意義重大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點和不足，提供一種基于手機拍照和計算機圖像處理技術(shù)的實用的裂縫寬度變化監(jiān)測裝置及其方法；本發(fā)明操作簡單，數(shù)據(jù)處理方便，適用于各種結(jié)構(gòu)體裂縫寬度長期監(jiān)測；而且成本非常低廉，便于攜帶，易于推廣應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
本裝置包括監(jiān)測區(qū)域、左側(cè)標(biāo)識板、右側(cè)標(biāo)識板、手機、傳輸線和電腦；
在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，在裂縫的左右兩側(cè)分別設(shè)置有左側(cè)標(biāo)識板和右側(cè)標(biāo)識板，手機對監(jiān)測區(qū)域進行拍照，手機、傳輸線和電腦依次連接。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和積極效果:
①本裝置的標(biāo)識板加工簡單，制作成本低廉，現(xiàn)場布設(shè)方便，保護膜能增強其耐用性；
②利用隨身攜帶的手機掃描二維碼和拍照片，攜帶方便，操作便捷，不用增加專門的監(jiān)測設(shè)備，免去使用專門監(jiān)測設(shè)備的繁瑣操作流程，不用在惡劣的監(jiān)測環(huán)境中抄寫監(jiān)測數(shù)據(jù)，提高了監(jiān)測效率；
③將照片傳至電腦，程序?qū)⒆詣犹幚?、計算裂縫寬度監(jiān)測結(jié)果；
④圖案中增設(shè)已知直徑長度的圓形靶標(biāo)作為參照物，通過靶標(biāo)圓心之間距離可以直接獲得裂縫寬度擴展情況，且精度很高； ⑤試驗證明，單圓形靶標(biāo)直徑為20mm，采用1300萬像素手機進行拍照，對兩靶心之間距離多次拍攝結(jié)果作為樣本，通過基于最小二乘的圖像處理流程方法進行處理，獲得的樣本均方差可以達到0.007_，完全可以滿足對裂縫寬度變化規(guī)律監(jiān)測的目的；
⑥本裝置結(jié)構(gòu)簡單，攜帶方便，經(jīng)久耐用，工作效率高，監(jiān)測精度高，經(jīng)濟效益顯著，易于推廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2.1是左側(cè)標(biāo)識板的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2.2是圖2.1的A-A剖視圖；
圖3是左側(cè)標(biāo)識板的圖案布置圖；
圖4是右側(cè)標(biāo)識板的圖案布置及具體尺寸標(biāo)記圖；
圖5是電腦的工作流程圖。
[0009]圖中:
00—監(jiān)測區(qū)域，
01—裂縫；
10一左側(cè)標(biāo)識板；
11一保護膜；
12—圖案板，
121—圓形革El標(biāo)，122一—.維碼，123—編號，124—背景；
13—不干膠，
131—表面材料，132—粘合劑，133—底紙；
20一右側(cè)標(biāo)識板；
30一手機；
40—傳輸線；
50一電腦ο

【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和實施例詳細說明:
一、裝置
1、總體
如圖1，本裝置包括監(jiān)測區(qū)域00、左側(cè)標(biāo)識板10、右側(cè)標(biāo)識板20、手機30、傳輸線40和電腦50 ；
在監(jiān)測區(qū)域00內(nèi)，在裂縫11的左右兩側(cè)分別設(shè)置有左側(cè)標(biāo)識板10和右側(cè)標(biāo)識板20，手機30對監(jiān)測區(qū)域B進行拍照，手機30、傳輸線40和電腦50依次連接。
[0011]2、功能部件 O左側(cè)標(biāo)識板10
如圖2.1、圖2.2、圖3，左側(cè)標(biāo)識板10包括從外向內(nèi)依次連接的保護膜11、圖案板12與不干膠13三層； 保護膜11為通用的透明薄膜；
圖案板12包括圓形靶標(biāo)121、二維碼122、編號123和背景124 ；
不干膠13由表面材料131、粘合劑132和底紙133三層構(gòu)成。
[0012]2)右側(cè)標(biāo)識板20
右側(cè)標(biāo)識板20和左側(cè)標(biāo)識板10結(jié)構(gòu)相同，互為軸對稱。
[0013]3)手機 30
手機30是一種具有拍照功能的手機，像素大于1000萬。
[0014]4)傳輸線 40 傳輸線40為通用數(shù)據(jù)線。
[0015]5)電腦 50
硬件配置:普通PC機，CPU為Intel PIII或者Athlon XP以上，內(nèi)存256M以上；計算機系統(tǒng)要求配置鼠標(biāo)，以便交互式操作。
[0016]軟件:操作系統(tǒng)為Windows NT、Windows XP、Windows7，圖像處理軟件基于Python2.7.2自行設(shè)計。
[0017]3、工作機理:
首先，將左側(cè)標(biāo)示板10與右側(cè)標(biāo)識板20粘貼于裂縫01兩側(cè)；然后，通過手機30對兩側(cè)標(biāo)識板進行拍照，并用傳輸線40將照片在電腦50中進行存儲；然后，計算左側(cè)標(biāo)示板10與右側(cè)標(biāo)識板20中圓形靶標(biāo)121圓心之間的距離；最后，通過多次定期拍照并計算得到的多個圓形靶標(biāo)121圓心距離值，達到對裂縫寬度變化監(jiān)測的目的。
[0018]二、方法本方法包括下了步驟:
①根據(jù)需要監(jiān)測的裂縫01規(guī)模和要求的監(jiān)測精度，設(shè)定合適大小的圖案12，尤其指定適當(dāng)?shù)膱A形靶標(biāo)121直徑，并注意白色為目標(biāo)，黑色為背景124 ;
②將設(shè)置的圖案12打印在不干膠13上，并在圖案12上冷裱一層保護膜11，增強標(biāo)識板耐久性；
③在現(xiàn)場找出編號123相同的一對標(biāo)識板(包括左側(cè)標(biāo)識板10與右側(cè)標(biāo)識板20)，撕掉底紙133，將左側(cè)標(biāo)識板10與右側(cè)標(biāo)識板20分別粘貼在監(jiān)測裂縫01的兩側(cè)(要求粘貼區(qū)域干凈、干燥，兩側(cè)標(biāo)識板盡量向裂縫部位靠攏);
④利用手機30對監(jiān)測區(qū)域00進行拍照，同時掃描二維碼122，盡量保證拍照范圍只包含兩側(cè)標(biāo)識板即可，為提高監(jiān)測結(jié)果的穩(wěn)定性與減小誤差，同一裂縫監(jiān)測區(qū)域可以多拍幾次，文件名保存為二維碼122掃面結(jié)果，掃描結(jié)果與編號123 —致；
⑤將手機30中存儲照片通過傳輸線線40傳至電腦50，通過本發(fā)明提出的圖像處理流程方法進行處理。
[0019]如圖5，具體流程為:
①讀入照片501；
②轉(zhuǎn)換為灰度圖502；
③高斯去噪503；
④二值化504；
⑤提取輪廓線505； ⑥識別圓形靶標(biāo)輪廓506;
⑦最小二乘法擬合圓形革E標(biāo)圓心與直徑507；
⑧獲得單位像素實際距離508;
⑨計算左側(cè)標(biāo)識板與右側(cè)標(biāo)識板中圓形靶標(biāo)圓心之間實際距離；
⑩同一監(jiān)測區(qū)域拍攝多張照片，計算多個圓形靶標(biāo)圓心之間實際距離的平均值，作為某一次的監(jiān)測結(jié)果。
[0020]最后，定期多次對某一裂縫01的監(jiān)測區(qū)域00的照片，通過基于圖像處理技術(shù)進行處理，計算不同時期圓形靶標(biāo)121圓心之間實際距離，實現(xiàn)對各種裂縫01的寬度變化和擴展規(guī)律監(jiān)測的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種裂縫寬度變化監(jiān)測裝置，其特征在于: 包括監(jiān)測區(qū)域(OO )、左側(cè)標(biāo)識板(10 )、右側(cè)標(biāo)識板(20 )、手機(30 )、傳輸線(40 )和電腦(50)； 在監(jiān)測區(qū)域(00)內(nèi)，在裂縫(11)的左右兩側(cè)分別設(shè)置有左側(cè)標(biāo)識板(10)和右側(cè)標(biāo)識板(20)，手機(30)對監(jiān)測區(qū)域(00)進行拍照，手機(30)、傳輸線(40)和電腦(50)依次連接。
2.按權(quán)利要求1所述的一種裂縫寬度變化監(jiān)測裝置，其特征在于: 所述的左側(cè)標(biāo)識板(10)包括從外向內(nèi)依次連接的保護膜(11)、圖案板(12)與不干膠(13)三層； 保護膜(11)為通用的透明薄膜； 圖案板(12)包括圓形靶標(biāo)(121 )、二維碼(122)、編號(123)和背景(124); 不干膠(13)由表面材料(131 )、粘合劑(132)和底紙(133)三層構(gòu)成； 所述的右側(cè)標(biāo)識板(20)和左側(cè)標(biāo)識板(10)結(jié)構(gòu)相同，互為軸對稱； 所述的手機(30)是一種具有拍照功能的手機，像素大于1000萬； 所述的傳輸線(40)為通用數(shù)據(jù)線； 所述的電腦(50 )其硬件配置為普通PC機。
3.按權(quán)利要求1、2所述監(jiān)測裝置的裂縫寬度變化監(jiān)測方法，其特征在于: ①根據(jù)需要監(jiān)測的裂縫(01)規(guī)模與要求的監(jiān)測精度，設(shè)定合適大小的圖案(12)，尤其指定適當(dāng)?shù)膱A形靶標(biāo)(121)直徑，并注意白色為目標(biāo)，黑色為背景(124); ②將設(shè)置的圖案(12)打印在不干膠(13)上，并在圖案(12)上冷裱一層保護膜(11)，增強標(biāo)識板耐久性； ③在現(xiàn)場找出編號(123)相同的一對標(biāo)識板，撕掉底紙(133)將左側(cè)標(biāo)識板(10)與右側(cè)標(biāo)識板(20)分別粘貼在監(jiān)測裂縫(01)的兩側(cè)； ④利用手機(30)對監(jiān)測區(qū)域(00)進行拍照，同時掃描二維碼(122)，盡量保證拍照范圍只包含兩側(cè)標(biāo)識板即可，為提高監(jiān)測結(jié)果的穩(wěn)定性與減小誤差，同一裂縫監(jiān)測區(qū)域可以多拍幾次，文件名保存為二維碼(122)掃面結(jié)果，掃描結(jié)果與編號(123) 一致； ⑤將手機(30)中存儲照片通過傳輸線線(40)傳至電腦(50)，通過圖像處理方法進行處理。
4.按權(quán)利要求3所述的裂縫寬度變化監(jiān)測方法，其特征在于所述的圖像處理方法包括下列工作流程: ①讀入照片(501)； ②轉(zhuǎn)換為灰度圖(502)； ③高斯去噪(503)； ④二值化(504)； ⑤提取輪廓線(505)； ⑥識別圓形靶標(biāo)輪廓(506); ⑦最小二乘法擬合圓形革E標(biāo)圓心與直徑(507)； ⑧獲得單位像素實際距離(508); ⑨計算左側(cè)標(biāo)識板與右側(cè)標(biāo)識板中圓形靶標(biāo)圓心之間實際距離(509); ⑩同一監(jiān)測區(qū)域拍攝多張照片，計算多個圓形靶標(biāo)圓心之間實際距離的平均值，作為某一次的監(jiān)測結(jié)果(510); 最后，定期多次對某一裂縫(01)的監(jiān)測區(qū)域(00)的照片，通過基于圖像處理技術(shù)進行處理，計算不同時期圓形靶標(biāo)(121)圓心之間實際距離，實現(xiàn)對各種裂縫(01)的寬度變化和擴展規(guī)律監(jiān)測的目的。
【文檔編號】G06T7/00GK104463888SQ201410795319
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】劉振平, 劉建, 賀懷建, 卞康 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所