專利名稱：一種基于激光測距與圖像識別的強(qiáng)夯工程自動監(jiān)測方法
一種基于激光測距與圖像識別的強(qiáng)夯工程自動監(jiān)測方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于工業(yè)自動化測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及圖像識別和強(qiáng)夯工程監(jiān)測，尤其涉及 基于激光測距原理和圖像識別的強(qiáng)夯工程自動監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
強(qiáng)夯法又稱動力固結(jié)法(Dynamic Consolidation)，是一種處理軟弱土地基的加 固方法。它是20世紀(jì)60年代末由法國工程師Louis開發(fā)并創(chuàng)用的。它利用起重設(shè)備將夯 錘(8 40t)提升到很大高度(10 40m)，然后使夯錘自由下落，以很大沖擊能量(500 8000KN · m)作用在地基上，在土中產(chǎn)生很大的沖擊波，以克服土顆粒間的各種阻力，使地基 壓密，從而提高地基的強(qiáng)度，減少沉降，消除濕陷性，膨脹性，提高抗液化能力。
強(qiáng)夯法現(xiàn)今已廣泛的應(yīng)用于機(jī)場跑道和電站水壩、水庫等基礎(chǔ)工程的地基加固工 程。目前，強(qiáng)夯工程施工數(shù)據(jù)測量以及工程現(xiàn)場監(jiān)測幾乎采用的人工測量方式。人工測量 方法造成工程質(zhì)量參數(shù)可信度降低，施工人員也容易偷工減料，從而造成工程質(zhì)量無法控 制和經(jīng)濟(jì)損失。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于激光測距與圖像識別的強(qiáng)夯工程自動監(jiān)測方法，該方法基于 激光測距原理和圖像識別技術(shù)，實現(xiàn)強(qiáng)夯工程中包括夯錘外形識別、夯錘牽引高度、有效強(qiáng) 夯次數(shù)和夯錘落距等方面的自動監(jiān)測。
一種基于激光測距與圖像識別的強(qiáng)夯工程自動監(jiān)測方法，包括強(qiáng)夯工程參數(shù)自動 監(jiān)測和夯錘外形識別兩個并行過程
一、強(qiáng)夯工程參數(shù)自動監(jiān)測過程。
在強(qiáng)夯機(jī)強(qiáng)夯過程中，采用一個安裝于強(qiáng)夯機(jī)吊臂頂部、且激光源發(fā)射點與夯錘 垂直正對的激光測距傳感器以一定的采樣頻率測量夯錘相對于激光傳感器的距離，將測得 的距離數(shù)據(jù)以有線或無線的方式發(fā)送到數(shù)據(jù)處理計算機(jī)；數(shù)據(jù)處理計算機(jī)對接收到的距離 數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出夯錘最高牽引高度Hmax、夯錘有效強(qiáng)夯次數(shù)C、夯錘落距Δ H三個監(jiān)測結(jié) 果。夯錘一次起落行程過程中，激光測距傳感器測得的夯錘相對于激光傳感器的距離最大 值和最小值的差值就是夯錘該次起落行程過程的最高牽引高度Hmax。若夯錘一次起落行程 過程中的最高牽弓I高度Hmax超過強(qiáng)夯工程要求的有效牽弓I高度H時，則夯錘有效強(qiáng)夯次數(shù)C 加一；若夯錘一次起落行程過程中的最高牽引高度Hmax不超過強(qiáng)夯工程要求的有效牽引高 度H時，則夯錘該次起落行程無效，即夯錘有效強(qiáng)夯次數(shù)C不變。夯錘落距Δ// = LNmm -4ax， 其中^lx是同一夯坑夯錘第N次起落行程過程中激光測距傳感器測得的夯錘相對于激光傳 感器的距離最大值，ZLt是同一夯坑夯錘第1次起落行程過程中激光測距傳感器測得的夯 錘相對于激光傳感器的距離最大值。
二、夯錘外形識別過程。
在強(qiáng)夯機(jī)強(qiáng)夯過程中，采用一個安裝于強(qiáng)夯機(jī)吊臂中部位置、且夯錘整個起落行程均在且攝像范圍的攝像儀以一定的采樣頻率攝像，將采集到的圖像序列以有線或無線的 方式發(fā)送到數(shù)據(jù)處理計算機(jī)；數(shù)據(jù)處理計算機(jī)對接收到的圖像序列進(jìn)行處理，以對夯錘外 形進(jìn)行識別和監(jiān)測。具體夯錘外形進(jìn)行識別和監(jiān)測方法是，數(shù)據(jù)處理計算機(jī)首先將接收到 的圖像序列從RGB格式轉(zhuǎn)換成灰度格式；然后經(jīng)中值濾波和差分處理提取出運(yùn)動目標(biāo)圖 像，即夯錘圖像；再對夯錘圖像進(jìn)行二值化處理，計算夯錘在圖像中的外形尺寸；最后根據(jù) 夯錘圖像尺寸和攝像頭與夯錘行程之間距離的比例關(guān)系，計算出夯錘的實際外形尺寸。
需要強(qiáng)調(diào)的是，為了保證強(qiáng)夯工程自動監(jiān)測過程中的測量精度，激光測距傳感器 和攝像儀的采樣頻率應(yīng)不低于4HZ。
本發(fā)明創(chuàng)造性地將信息處理技術(shù)應(yīng)用于強(qiáng)夯工程監(jiān)測領(lǐng)域，基于激光測距原理和 圖像識別技術(shù)，實現(xiàn)強(qiáng)夯工程中包括夯錘外形識別、夯錘牽引高度、有效強(qiáng)夯次數(shù)統(tǒng)計和夯 錘落距等方面的自動監(jiān)測。有效降低了強(qiáng)夯工程監(jiān)理人員的勞動強(qiáng)度和出錯概率，對于確 保強(qiáng)夯工程質(zhì)量和施工進(jìn)度具有很強(qiáng)的實用性。


圖1為本發(fā)明提供的一種基于激光測距與圖像識別的強(qiáng)夯工程自動監(jiān)測方法中 監(jiān)測系統(tǒng)的安裝示意圖。
具體實施方式
一種基于激光測距與圖像識別的強(qiáng)夯工程自動監(jiān)測方法，包括強(qiáng)夯工程參數(shù)自動 監(jiān)測和夯錘外形識別兩個并行過程
一、強(qiáng)夯工程參數(shù)自動監(jiān)測過程。
在強(qiáng)夯機(jī)強(qiáng)夯過程中，采用一個安裝于強(qiáng)夯機(jī)吊臂頂部、且激光源發(fā)射點與夯錘 垂直正對的激光測距傳感器(如圖1所示)以一定的采樣頻率測量夯錘相對于激光傳感器 的距離，將測得的距離數(shù)據(jù)以有線或無線的方式發(fā)送到數(shù)據(jù)處理計算機(jī)；數(shù)據(jù)處理計算機(jī) 對接收到的距離數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出夯錘最高牽引高度Hmax有效牽引高度H、夯錘有效強(qiáng)夯 次數(shù)C、夯錘落距ΔΗ三個監(jiān)測結(jié)果。夯錘一次起落行程過程中，激光測距傳感器測得的夯 錘相對于激光傳感器的距離最大值和最小值的差值就是夯錘該次起落行程過程的最高牽 弓I高度Hmax。若夯錘一次起落行程過程中的最高牽弓I高度Hmax超過強(qiáng)夯工程要求的有效牽弓I 高度H時，則夯錘有效強(qiáng)夯次數(shù)C加一；若夯錘一次起落行程過程中的最高牽引高度Hmax不 超過強(qiáng)夯工程要求的有效牽引高度H時，則夯錘該次起落行程無效，即夯錘有效強(qiáng)夯次數(shù)C 不變。夯錘落距Δ// = L^ax -Zlliax，其中Zix是同一夯坑夯錘第N次起落行程過程中激光測距 傳感器測得的夯錘相對于激光傳感器的距離最大值，是同一夯坑夯錘第1次起落行程 過程中激光測距傳感器測得的夯錘相對于激光傳感器的距離最大值。
二、夯錘外形識別過程。
在強(qiáng)夯機(jī)強(qiáng)夯過程中，采用一個安裝于強(qiáng)夯機(jī)吊臂中部位置、且夯錘整個起落行 程均在且攝像范圍的攝像儀(如圖1所示)以一定的采樣頻率攝像，將采集到的圖像序列 以有線或無線的方式發(fā)送到數(shù)據(jù)處理計算機(jī)；數(shù)據(jù)處理計算機(jī)對接收到的圖像序列進(jìn)行處 理，以對夯錘外形進(jìn)行識別和監(jiān)測。具體夯錘外形進(jìn)行識別和監(jiān)測方法是，數(shù)據(jù)處理計算 機(jī)首先將接收到的圖像序列從RGB格式轉(zhuǎn)換成灰度格式；然后經(jīng)中值濾波和差分處理提取出運(yùn)動目標(biāo)圖像，即夯錘圖像；再對夯錘圖像進(jìn)行二值化處理，計算夯錘在圖像中的外形尺 寸；最后根據(jù)夯錘圖像尺寸和攝像頭與夯錘行程之間距離的比例關(guān)系，計算出夯錘的實際 外形尺寸。
需要強(qiáng)調(diào)的是，為了保證強(qiáng)夯工程自動監(jiān)測過程中的測量精度，激光測距傳感器 和攝像儀的采樣頻率應(yīng)不低于4Hz。
此外，關(guān)于數(shù)據(jù)處理計算機(jī)對激光測距傳感器采集的距離數(shù)據(jù)和攝像儀采集的圖 像數(shù)據(jù)的處理過程，均可采用相應(yīng)的程序語言經(jīng)編程實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種基于激光測距與圖像識別的強(qiáng)夯工程自動監(jiān)測方法，包括強(qiáng)夯工程參數(shù)自動監(jiān) 測和夯錘外形識別兩個并行過程一、強(qiáng)夯工程參數(shù)自動監(jiān)測過程；在強(qiáng)夯機(jī)強(qiáng)夯過程中，采用一個安裝于強(qiáng)夯機(jī)吊臂頂部、且激光源發(fā)射點與夯錘垂直 正對的激光測距傳感器以一定的采樣頻率測量夯錘相對于激光傳感器的距離，將測得的距 離數(shù)據(jù)以有線或無線的方式發(fā)送到數(shù)據(jù)處理計算機(jī)；數(shù)據(jù)處理計算機(jī)對接收到的距離數(shù)據(jù) 進(jìn)行處理，得出夯錘最高牽引高度Hmax、夯錘有效強(qiáng)夯次數(shù)C、夯錘落距ΔΗ三個監(jiān)測結(jié)果； 夯錘一次起落行程過程中，激光測距傳感器測得的夯錘相對于激光傳感器的距離最大值和 最小值的差值就是夯錘該次起落行程過程的最高牽引高度Hmax ；若夯錘一次起落行程過程 中的最高牽引高度Hmax超過強(qiáng)夯工程要求的有效牽引高度H時，則夯錘有效強(qiáng)夯次數(shù)C加 一；若夯錘一次起落行程過程中的最高牽引高度^iax不超過強(qiáng)夯工程要求的有效牽引高度 H時，則夯錘該次起落行程無效，即夯錘有效強(qiáng)夯次數(shù)C不變；夯錘落距Δ// = Zlx -Z1max，其 中《ax是同一夯坑夯錘第N次起落行程過程中激光測距傳感器測得的夯錘相對于激光傳感 器的距離最大值，是同一夯坑夯錘第1次起落行程過程中激光測距傳感器測得的夯錘 相對于激光傳感器的距離最大值；二、夯錘外形識別過程；在強(qiáng)夯機(jī)強(qiáng)夯過程中，采用一個安裝于強(qiáng)夯機(jī)吊臂中部位置、且夯錘整個起落行程均 在且攝像范圍的攝像儀以一定的采樣頻率攝像，將采集到的圖像序列以有線或無線的方式 發(fā)送到數(shù)據(jù)處理計算機(jī)；數(shù)據(jù)處理計算機(jī)對接收到的圖像序列進(jìn)行處理，以對夯錘外形進(jìn) 行識別和監(jiān)測；具體夯錘外形進(jìn)行識別和監(jiān)測方法是，數(shù)據(jù)處理計算機(jī)首先將接收到的圖 像序列從RGB格式轉(zhuǎn)換成灰度格式；然后經(jīng)中值濾波和差分處理提取出運(yùn)動目標(biāo)圖像，即 夯錘圖像；再對夯錘圖像進(jìn)行二值化處理，計算夯錘在圖像中的外形尺寸；最后根據(jù)夯錘 圖像尺寸和攝像頭與夯錘行程之間距離的比例關(guān)系，計算出夯錘的實際外形尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光測距與圖像識別的強(qiáng)夯工程自動監(jiān)測方法，其 特征在于，所述激光測距傳感器和攝像儀的采樣頻率不低于4Hz。
全文摘要
一種基于激光測距與圖像識別的強(qiáng)夯工程自動監(jiān)測方法，屬于工業(yè)自動化測量技術(shù)領(lǐng)域。包括強(qiáng)夯工程參數(shù)自測監(jiān)測和夯錘外形識別兩個并行過程；在強(qiáng)夯過程中，采用激光測距傳感器監(jiān)測夯錘相對于激光傳感器的距離，并對距離數(shù)據(jù)進(jìn)行計算機(jī)處理，實現(xiàn)強(qiáng)夯工程參數(shù)(最高牽引高度Hmax、有效強(qiáng)夯次數(shù)C和夯錘落距ΔH)的自動監(jiān)測；同時，采用攝像儀采集監(jiān)測圖像，并對監(jiān)測圖像序列進(jìn)行計算機(jī)處理，實現(xiàn)夯錘外形識別。本發(fā)明基于激光測距原理和圖像識別技術(shù)，實現(xiàn)強(qiáng)夯工程中包括夯錘外形識別、夯錘牽引高度、有效強(qiáng)夯次數(shù)統(tǒng)計和夯錘落距等方面的自動監(jiān)測。有效降低了強(qiáng)夯工程監(jiān)理人員的勞動強(qiáng)度和出錯概率，對于確保強(qiáng)夯工程質(zhì)量和施工進(jìn)度具有很強(qiáng)的實用性。
文檔編號G01B11/24GK102032896SQ20101051142
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者劉財華, 張魯渝, 曹定國, 陳小平 申請人:電子科技大學(xué)