夯土墙施工变形智能监测系统的制作方法

本发明涉及一种夯土墙施工变形智能监测系统。

背景技术：

1、传统村落承载着宝贵的历史记忆，但是大量老旧房屋涉及建筑结构安全、建筑功能缺失等隐患，需要实施进一步的传统村落建筑施工与修缮，作为传统村落中广泛存在的主要承重结构，夯土墙在修缮施工过程中的变形情况关系到结构的安全与质量。

2、目前，传统村落存在建设水平低、施工能力差等诸多问题，一般依赖人眼观察实现施工中夯土墙实时变形观测，或者靠全站仪等测量手段定期测量夯土墙空间位置，进而获得夯土墙变形情况。

3、但是，已有的观测或者测量方法中，人眼观察夯土墙变形会受到光线、背景等影响，观测变形结果精度较低且具有主观性；利用全站仪等测量仪器测量需要耗费大量的人力物力成本，且测量频率较低、无法实时监测施工过程中的夯土墙变形。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种夯土墙施工变形智能监测系统。

2、为解决上述问题，本发明提供一种夯土墙施工变形智能监测系统，包括：

3、监测影像采集模块，用于将监测影像目标点位的数字图像信号收集到电子计算机中，传至监测影像计算模块；

4、监测影像计算模块，用于将影像采集模块中传输的数字图像信号进行计算，获得夯土墙表面目标点位移信息，并传至变形数据处理模块；

5、变形数据处理模块，用于接收监测摄影计算模块得到的夯土墙表面目标点位移信息，基于有限元计算分析得到阈值与施工过程中的结构变形特点来进行对夯土墙表面目标点位移信息的分析；

6、变形安全预警模块，用于基于夯土墙表面目标点位移信息的分析，对夯土墙施工过程中进行分级预警，并输出预警信号。

7、进一步的，在上述系统中，所述监测影像采集模块，包括：

8、监测影像目标点位，设置在施工过程中夯土墙的具有变形特征的位置处；

9、监测影像收集部分，安装在可以清晰拍摄到监测影像目标点位的位置，以监测夯土墙施工变形，监测影像收集部分用于将监测影像目标点位的图像特征收集到电子计算机中，并传至监测影像计算模块。

10、进一步的，在上述系统中，所述监测影像目标点位，为夯土墙表面花纹或特殊符号。

11、进一步的，在上述系统中，所述监测影像目标点位，为可见光源或者红外光源。

12、进一步的，在上述系统中，所述监测影像收集部分，为采用将光学影像转化为数字信号的ccd图像传感器。

13、进一步的，在上述系统中，所述监测影像计算模块，用于采用单应性矩阵方法进行相机标定；在图像追踪与像素计算方面，直接采用灰度图像的灰度值或者彩色图像转化之后的灰度值，根据选定的图像特征对被测结构或其标志物进行位置追踪,以确定其在视频或者图像序列中每帧的位置，最终计算出其在图像中的运动情况。

14、进一步的，在上述系统中，所述监测影像计算模块，还用于根据施工过程中的具体情况，选定确定不发生位移的点位，作为基准点，实现夯土墙变形的进一步误差校正。

15、进一步的，在上述系统中，所述变形数据处理模块，用于根据夯土墙结构本身特点，对结构建立相应的有限元模型，基于力学分析结构在不同工况下可允许的夯土墙变形极限，作为夯土墙施工过程中的分级变形阈值；

16、所述变形安全预警模块，用于根据分级变形阈值，当夯土墙监测的变形达到相应分级变形阈值时，自动发出分级警报。

17、进一步的，在上述系统中，所述变形数据处理模块，用于施工过程中根据夯土墙本身的位移和时间曲线形态，若发现夯土墙结构发生缓慢且具有周期性并且与温度变化高度相关的位移，则将此变形认为是温度变形；若测得夯土墙整体产生预设类型的突发变形，则结合发生变形时的施工工况，确定为夯土墙结构拆除变形；若监测位移出现单个监测影像目标点位发生大于预设阈值的突变，且其他监测影像目标点位信息以及现场施工状态未发生变化，则判断为由于光线扰动造成的误差；

18、所述变形安全预警模块，用于根据温度变形、夯土墙结构拆除变形或由于光线扰动造成的误差的分析结果，发出相应的警报。

19、进一步的，在上述系统中，所述变形数据处理模块，还用于计算不同监测影像目标点位处位移时域信号的频谱，对位移和时间信息进行傅里叶变换，计算对应的频率信息，获得夯土墙自振的模态性质，并对自振频率建立对应的概率模型；

20、所述变形安全预警模块，还用于基于所述概率模型，若的定实时监测得的夯土墙自振频率出现概率较低并小于预设阈值，则发出相应报警信息。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果主要有以下几点：

22、(1)监测精度高。本发明基于影像监测方法，可以达到像素级别精度，远高于基于人眼观测等主观监测方法，监测达到较高精度；

23、(2)监测频率高。相比全站仪每日监测，本发明可输出每秒内夯土墙变形情况，实时监测施工过程中的夯土墙变形细节情况；

24、(3)变形测量与处理智能化。本发明结合有限元监测信息与不同施工过程，自动分析不同工况下夯土墙变形情况，避免反复人工测量，实现变形测量与处理智能化。

技术特征：

1.一种夯土墙施工变形智能监测系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的夯土墙施工变形智能监测系统，其特征在于，所述监测影像采集模块，包括：

3.如权利要求1所述的夯土墙施工变形智能监测系统，其特征在于，所述监测影像目标点位，为夯土墙表面花纹或特殊符号。

4.如权利要求1所述的夯土墙施工变形智能监测系统，其特征在于，所述监测影像目标点位，为可见光源或者红外光源。

5.如权利要求1所述的夯土墙施工变形智能监测系统，其特征在于，所述监测影像收集部分，为采用将光学影像转化为数字信号的ccd图像传感器。

6.如权利要求1所述的夯土墙施工变形智能监测系统，其特征在于，所述监测影像计算模块，用于采用单应性矩阵方法进行相机标定；在图像追踪与像素计算方面，直接采用灰度图像的灰度值或者彩色图像转化之后的灰度值，根据选定的图像特征对被测结构或其标志物进行位置追踪,以确定其在视频或者图像序列中每帧的位置，最终计算出其在图像中的运动情况。

7.如权利要求6所述的夯土墙施工变形智能监测系统，其特征在于，所述监测影像计算模块，还用于根据施工过程中的具体情况，选定确定不发生位移的点位，作为基准点，实现夯土墙变形的进一步误差校正。

8.如权利要求1所述的夯土墙施工变形智能监测系统，其特征在于，所述变形数据处理模块，用于根据夯土墙结构本身特点，对结构建立相应的有限元模型，基于力学分析结构在不同工况下可允许的夯土墙变形极限，作为夯土墙施工过程中的分级变形阈值；

9.如权利要求1所述的夯土墙施工变形智能监测系统，其特征在于，所述变形数据处理模块，用于施工过程中根据夯土墙本身的位移和时间曲线形态，若发现夯土墙结构发生缓慢且具有周期性并且与温度变化高度相关的位移，则将此变形认为是温度变形；若测得夯土墙整体产生预设类型的突发变形，则结合发生变形时的施工工况，确定为夯土墙结构拆除变形；若监测位移出现单个监测影像目标点位发生大于预设阈值的突变，且其他监测影像目标点位信息以及现场施工状态未发生变化，则判断为由于光线扰动造成的误差；

10.如权利要求1所述的夯土墙施工变形智能监测系统，其特征在于，所述变形数据处理模块，还用于计算不同监测影像目标点位处位移时域信号的频谱，对位移和时间信息进行傅里叶变换，计算对应的频率信息，获得夯土墙自振的模态性质，并对自振频率建立对应的概率模型；

技术总结
本发明提供了一种夯土墙施工变形智能监测系统，本发明基于夯土墙施工过程中已有变形观测方法精度低、主观性强、频率低、耗费大量人力成本的问题，通过监测影像采集模块、监测影像计算模块、变形数据处理模块和变形安全预警模块，能够在传统村落的夯土墙施工过程中，完成对夯土墙变形情况进行过程稳定、测量精度高、节省人力成本的施工监测。

技术研发人员：张英楠,张书楷,张铭,谷志旺,李海青,王伟茂,孙沈鹏,何娇,任瑛楠,陈雪峡,马燕
受保护的技术使用者：上海建工集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13