一种预拌混凝土工作性能与质量在线识别方法与流程

本发明属于预拌混凝土识别检测，具体涉及一种预拌混凝土工作性能与质量在线识别方法。

背景技术：

1、预拌混凝土的工作性包括流动性(坍落度或扩展度)、黏聚性、保水性和抗离析性等。现代混凝土施工一般都采用预拌混凝土泵送施工。泵送混凝土要求预拌混凝土应有良好的工作性。工作性不仅影响泵送效果，而且影响泵送后的浇筑施工以及成型后的结构混凝土质量，如外观质量、强度以及耐久性等。受原材料波动、运输及等待时间、环境与天气等因素影响，泵送时预拌混凝土的工作性能与出厂时往往存在一定的变化，不仅影响泵送与浇筑，而且影响成型硬化后的结构混凝土质量。

2、目前对泵送与浇筑时预拌混凝土工作性能的质量管理，主要依靠泵送时目测，根据经验确定其坍落度、黏聚性、保水性是否满足泵送要求。有些混凝土结构工程施工，也会在现场对其坍落度进行抽检，但由于混凝土连续施工的特点，尽管规范要求在现场对混凝土的坍落度进行抽检，而实际严格执行的较少。根据目测、凭经验判别预拌混凝土的工作性，受主观因素影响显著，往往导致泵送前盲目地给预拌混凝土加水或外加剂，使预拌混凝土的水胶比发生较大变化，引起成型后的结构混凝土发生裂缝等外观质量缺陷，强度低劣等质量问题或质量事故。近几年混凝土结构施工暴露出的常见问题，或一些较为严重的质量事故，大都与此有关。即使在现场对预拌混凝土的坍落度进行抽检，也只能检测坍落度这一单一指标，对黏聚性、保水性、抗离析性等指标也是靠目测及经验判断，而黏聚性、保水性、抗离析性等指标对混凝土的可泵性及泵送后的浇筑施工及其成型后的质量有重要影响。坍落度抽检不仅不能全面反映预拌混凝土的工作性，而且现场施工时需要配备检测人员、检测频次也很难与混凝土连续泵送施工匹配，存在少检和漏检问题。在不影响连续施工的情况下，抽检往往存在检测和反馈调整都滞后的问题，不能实时地对预拌混凝土的工作性进行连续的检测、分析和结果反馈，为及时地对其性能调整提供依据。

3、除目测与坍落度抽检存在的问题外，为提高预拌混凝土的流动性，前述中还提到了泵送前向预拌混凝土随意加水的问题，这几乎是目前混凝土施工中存在的、影响结构混凝土质量的顽疾，给混凝土结构工程的质量造成了巨大的风险与隐患。同时，还存在混凝土结构工程出现质量问题后，预拌混凝土供货方和混凝土结构施工方互相推诿责任，而没有确凿证据证明哪方是责任主体的问题，最近几年这类法律诉讼案件也非常多。

4、为了解决这个问题、规避质量风险，一些预拌混凝土企业也采取在运输预拌混凝土的罐车上安装监控摄像头或安排专人对泵送施工进行全程跟踪等措施。这种做法，一定程度上起到了监督、取证的作用。但是，监控摄像取得的资料，还需要人工凭经验进行判别；现场安排专人跟踪，则耗费人力，且受主观因素影响。因此，现有的做法也不能实时地、客观地分析和反映泵送施工的实际情况，并为预拌混凝土的调整提供科学的依据。为解决泵送混凝土工作性能监控与分析判断中存在的：一、目测和经验判别受主观因素影响显著；二、坍落度抽检频次无法与泵送混凝土连续施工相匹配、不能实时地反映混凝土的工作性能；三、坍落度抽检无法全面反映混凝土工作性的全貌；四、监控或专人跟踪现场加水等违规施工操作等信息不能及时反馈或受制于主观因素；五、监控资料没有存储和分析等问题。

5、目前预拌混凝土工作性能及质量管理多采用人工监管的方式进行。预拌混凝土出厂、运输至施工现场后，现场技术人员目测混凝土工作性能，需要调整时则与厂内生产控制人员联系。当生产、施工较为繁忙时，往往无法派驻技术人员，厂内生产控制人员无法有效获知预拌混凝土入泵时质量状况，混凝土施工质量控制处于失控状态。

6、有部分预拌混凝土生产企业通过在泵车或者罐车尾部加装监控摄像头的方式来控制预拌混凝土质量。监控系统可以提供在线视频流或者将视频存储在存储设备中。企业需派专人实时或定时查看监控视频，分析视频中是否存在质量问题或违规操作。对于生产规模较大的企业可能需要配置十几乃至几十的路视频，监控跟踪工作量巨大，工作人员容易出现漏看、错看、漏报等问题。

7、为解决预拌混凝土泵送和浇筑施工的质量监控问题，国内已公开了一些专利，但总体不多，且主要是普通监控设备的安装、远程查看以及混凝土工作性抽检设备的改进等。在普通监控设备的安装等方面改进与优化的专利有：专利cn116511120b和专利cn218557515u、cn 208479828。专利cn116511120b提出了一种用于混凝土泵送的定点视频监控装置。该专利的核心技术是设计了带监控装置的泵送料斗，并优化了监控装置防迸溅措施及附着物清理效果；专利cn218557515u、cn 208479828u分别提出了一种远程监控装置，其核心是实现对混凝土浇筑状况的远程查看，着重于泵送后的浇筑状态。混凝土工作性抽检方面的专利有专利cn216012867u、专利cn215525424u和专利cn215525424u等。专利cn216012867u设计了一种用于混凝土工作性能快速测定的自动取料装置；专利cn215525424u设计了一种自密实混凝土工作性能检测装置，专利cn112924654a提出了一种非接触式混凝土保塑性能实时监测方法及装置，但需要使用标准模具盛装混凝土，并放置在振动台上振动，使用比较繁琐，无法用于预拌混凝土泵送时工作性能的实时监测。从上述与已公布的与本专利有关的两大类典型专利看，都没有解决上述五个问题，没有质量分析识别算法，并建立智能化的物联网监控分析系统。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种预拌混凝土工作性能与质量在线识别方法，解决了上述背景技术中现有技术方案存在的如下技术问题：

2、1、未建立预拌混凝土质量识别及分析方法，已有的视频监控方案都需要专人对视频进行分析和处理，未实现数据分析和处理的自动化、智能化与物联化，效率低、人力投入大。

3、2、未研发系统化、信息化的实时检测及分析方法、并开发相应的设备，功能不全面、智能化程度低、使用不便。

4、3、部分技术方案操作繁琐，耗时长，适用于厂内及实验室内检测，不适用于施工现场混凝土工作性能的实时监测及质量跟踪反馈。

5、4、往往需要对生产设备、运输及浇筑车辆进行较大的改造，成本较高、不易推广应用。

6、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种预拌混凝土工作性能与质量在线识别方法，本发明技术方案包括边缘计算终端、图像采集终端、质量分析模块三部分组成，边缘计算终端、图像采集终端通过相应传输协议相连，边缘计算终端内置了混凝土拌合物工作性能识别模型，可以对采集到的图像进行分析处理，并将初步处理结果通过网络传输到远端的质量分析模块中进行进一步的分析与处理，其中边缘计算终端、图像采集终端部署于施工现场，质量分析模块可以部署于企业本地亦可部署于云端，具体包括如下方法步骤：

7、s1、终端部署及安装：边缘处理终端和图像采集终端可部署于泵车上，其中图像采集终端部署于泵车尾部，根据图像采集终端距离混凝土罐车的距离选择适当焦距的镜头，罐车溜槽在画幅中不小于1/4，同时不宜＞1/2，图像采集终端固定装置使用强磁吸盘吸附于泵车车身上固定，安装拆卸便捷，满足预拌混凝土施工企业快速安装及拆卸的需求，对于非泵送混凝土或因实际条件受限无法在泵车上固定安装的情况，用户也可以使用移动式部署方案，将图像采集终端使用可伸缩立杆放置于可观测到混凝土入泵处，边缘计算终端及图像采集终端使用移动电源供电；

8、s2、预拌混凝土工作性能识别：

9、a1：建立分类标准：本方案中将混凝土工作性能按照流动性能及和易性特征分为以下5类，分别将其编号为wi～wv，除上述五个指标外，还设置了两个反映混凝土泵送施工操作状态的指标：水(ow)和中断(ob)，形成了具有7个指标的工作性能向量；

10、a2：混凝土工作性能类别识别：混凝土拌合物是非匀质物体，且在运输、卸料过程往往会加剧其非均匀分布状态，在卸料过程中，混凝土流动性能是一个连续变化的过程，且存在一定的波动，单一时间点、单帧图像无法准确反映混凝土实际的工作性能，本发明在进行单帧图像识别的基础上，对t秒内的混凝土工作性能时序数据进行进一步处理；

11、混凝土工作性能类别识别流程如下：

12、(1)单帧图像识别

13、单帧图像输入识别模型后，输出推理结果，结果为包含多个由所属类别c、置信度q及目标坐标(x0,y0,x1,y1)、采集时间t组成的一维数组的7×n矩阵m。

14、同时对单个结果q的取值另做以下规定：

15、

16、当矩阵m中同时包含类别为ow及其他类别时，需计算ow所属的锚框与其他类别锚框真实距离，当距离大于2m时，该ow对应的置信度q为0，计算方法如下：

17、锚框真实距离计算方法：

18、ow锚框坐标为(xw0,yw0,xw1,yw1)，另一类别锚框为(x0,y0,x1,y1)，混凝土罐车溜槽最大宽度w(mm)，最大高度h(mm)，则像素与实际距离近似换算比例px、py为：

19、

20、

21、令属于ow锚框的一点坐标为(xw,yw)，属于另一类别锚框的一点坐标为(x,y)，则两点之间的近似实际d(mm)为：

22、

23、遍历两个锚框的角点，即可计算出锚框间的近似最小距离；

24、(2)时序数据分析

25、对t秒中混凝土拌合物各类别权重进行计算，一定时长内某类别其权重w可按下式计算：

26、

27、式中qi为某一类别在单帧图像中出现的置信度，n为该类别出现的次数。

28、由此可得到t秒内混凝土拌合物各状态所占权重矩阵mw。

29、(3)质量判断

30、对矩阵mq，计算其各行权重是否满足质量要求，用户可根据实际生产情况确定质量控制要求，对矩阵mq逐行计算各状态权重是否满足要求，若存在任一行权重超出了质量要求的范围，则认为该矩阵mq对应的t秒内的预拌混凝土拌合物质量存在质量异常。

31、优选的，所述图像采集终端包括设备基座，所述设备基座的顶部固定安装有转向固定装置，所述转向固定装置的顶部固定安装有转向装置，所述转向装置的顶部活动安装有摄像装置，所述设备基座的侧面通过转轴活动连接有支撑杆件，所述支撑杆件上设置有伸缩节，所述支撑杆件的底端固定安装有套筒，所述套筒的底部通过万向节活动安装有强磁装置。

32、优选的，所述支撑杆件的数量为三个，三个支撑杆件均匀分布在设备基座侧面。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

34、1、基于单幅图像对预拌混凝土质量状态的识别，并可根据锚框间真实距离去除异常数据，提高了识别准确性。

35、2、提出了预拌混凝土状态时序分析方法，提出了混凝土拌合物状态质量判断方法，并给出了各状态权重控制的推荐值。

36、3、实现了预拌混凝土泵送时工作性能检测及监测的自动化、无人化。

37、4、该方案由视频采集终端、边缘计算终端及远端服务器组成，视频采集终端由边缘计算终端供电，边缘计算终端可使用汽车电瓶供电也可使用移动电源供电。

38、5、边缘计算终端、视频采集终端可在泵车上固定安装，安装便捷。

39、6、边缘计算终端、视频采集终端也可脱离泵车使用。

40、7、对视频采集终端无特殊要求，可以兼容企业已有监控摄像头。

41、8、实现了预拌混凝土泵送时工作性能的实时监测，建立了预拌混凝土拌合物质量分析方法，能够对预拌混凝土拌合物质量在线监测结果实时分析及处理，无需人额外干预，降低了企业的人力成本。

42、9、实时监测及分析处理，避免了人工检测存在的少检、漏检现象，提高了企业的质量控制水平，提高了企业生产质量。

43、10、开发了图像采集、质量识别功能一体的智能检测终端，设备安装方便，无需进行较大的改动，且兼容企业已有监控方案，成本低。设备既可固定安装使用，也可移动式使用，满足企业不同的需求。

44、11、图像分析、目标识别使用部署于本地的边缘设备完成，提高了处理效率，降低了宽带及流量花费。