本發(fā)明涉及消防安全技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，是涉及一種在火災(zāi)時利用激光定位監(jiān)測建筑結(jié)構(gòu)變形的方法。

背景技術(shù)：

火災(zāi)一般是人們因用火不當所產(chǎn)生的意外事故，一旦發(fā)生火災(zāi)事故，人們盡力去減少其所帶來的生命財產(chǎn)損失，消防救援也因此產(chǎn)生。當建筑發(fā)生火災(zāi)時，火場產(chǎn)生的煙氣、高溫以及火對建筑構(gòu)件的燃燒都會對建筑結(jié)構(gòu)進行破壞，使建筑發(fā)生一定的變形，當變形達到一定程度，建筑將發(fā)生倒塌，這將嚴重威脅到火場中消防救援人員的生命安全。因此，如何在火災(zāi)中提前檢測到建筑物將要發(fā)生的結(jié)構(gòu)變形變的至關(guān)重要，這相當于是為消防救援人員提供提前預(yù)警，保障這些人員的生命安全。

在長期消防工作中的經(jīng)驗總結(jié)和對火災(zāi)現(xiàn)場情況的多角度研究，我們發(fā)現(xiàn)在火災(zāi)環(huán)境中檢測建筑物結(jié)構(gòu)情況不同于常規(guī)的建筑變形檢測。首先是動態(tài)實時性，由于火災(zāi)中監(jiān)測建筑結(jié)構(gòu)變形的主要目的是為了保證消防人員的生命安全，在建筑發(fā)生倒塌前提供預(yù)警，因此需要做到動態(tài)監(jiān)測，并能夠?qū)崟r反饋監(jiān)測結(jié)果；其次是環(huán)境適應(yīng)性，通常建筑物發(fā)生火災(zāi)時會產(chǎn)生大量煙氣、高溫等諸多不良影響，這些情況對監(jiān)測手段都會產(chǎn)生干擾，因此如何克服這些因素影響至關(guān)重要，同時由于火災(zāi)事故的突發(fā)性，火災(zāi)完全可能出現(xiàn)在夜間或刮風(fēng)下雨等天氣，自然環(huán)境光線暗、監(jiān)測條件困難都是對監(jiān)測技術(shù)的巨大挑戰(zhàn)；另外就是非接觸性，由于火災(zāi)發(fā)生位置的不確定性，以及滅火救援的緊迫性，都沒有充足的條件和時間去布設(shè)輔助監(jiān)測點或反射點，使現(xiàn)有技術(shù)中的多種監(jiān)測手段無法在火災(zāi)場景中實際應(yīng)用，相比之下，只有非接觸式的監(jiān)測手段是最優(yōu)選擇。

對于建筑變形的特性研究，最主要的特征參量是位移，其他如撓度、傾斜、沉降，從本質(zhì)上來講都可以歸納為位移，也就是說，我們可以通過測量建筑構(gòu)件或整體的位移，來實現(xiàn)對建筑物空間維度上變形的監(jiān)測，在連續(xù)的時間范圍內(nèi)測量，可以實現(xiàn)建筑物時間維度上變形的監(jiān)測。

一般來說，對于建筑物的變形監(jiān)測手段可分為接觸式和非接觸式，基于上述研究基礎(chǔ)，我們主要對現(xiàn)有的非接觸式變形監(jiān)測手段及相關(guān)產(chǎn)品進行了調(diào)研。

非接觸式變形監(jiān)測大多是利用激光、電磁波、數(shù)字攝影、光學(xué)監(jiān)測及以上形式組合等手段來實現(xiàn)，對應(yīng)產(chǎn)品有①激光監(jiān)測手段：激光全站儀、三維激光掃描儀等，②電磁波監(jiān)測手段：雷達；③數(shù)字攝影：基于數(shù)字攝影及圖像處理的測量；④光學(xué)監(jiān)測手段：利用傳統(tǒng)光學(xué)手段結(jié)合激光輔助技術(shù)。

激光全站儀在建筑變形測量上的應(yīng)用，具有操作相對簡便、測量誤差小的優(yōu)點；投入成本中等，一臺儀器價格在幾萬到十幾萬不等；但是在火災(zāi)場景中，測量極易受到火場煙氣和溫度的干擾，檢測數(shù)據(jù)存在誤差，或者根本檢測不到數(shù)據(jù)，并且一臺全站儀只能單點測量，動態(tài)實時性不高，而且市場上通用的全站儀在使用過程中要求工作人員從一個直接約5mm的小孔進行觀測，較為不便，實際應(yīng)用性能和監(jiān)測效果一般。

三維激光掃描儀也稱為“實景復(fù)制技術(shù)”，利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面大量密集的點的三維坐標、反射率和紋理等信息，可快速復(fù)建出被測目標的三維模型及線、面、體等各種圖像數(shù)據(jù)。該技術(shù)在建筑變形監(jiān)測上應(yīng)用，具有快速性、非接觸性、數(shù)字化、自動化等優(yōu)勢，科技含量高，但是設(shè)備價格高昂，一臺普通三維激光掃描儀價格高達50萬以上，并且由于數(shù)據(jù)產(chǎn)生量大，實時處理難以達到消防要求，其后期的數(shù)據(jù)處理也需要較強的專業(yè)性，整體的經(jīng)濟適應(yīng)性不強、實時性不強。

雷達技術(shù)主要在大范圍空間遙感監(jiān)測領(lǐng)域應(yīng)用，在建筑變形監(jiān)測方面的應(yīng)用主要依賴于步進頻率連續(xù)波技術(shù)、合成孔徑雷達技術(shù)和干涉測量技術(shù)，可以做到不需要安裝反射裝置配合即可實時監(jiān)測的目的，具有連續(xù)、全面、高精度等優(yōu)點，可對空間連續(xù)覆蓋，不依賴可見光，但是同樣受制于其設(shè)備成本高，雷達系統(tǒng)目標識別率低，需要配套相關(guān)信標才能提高識別率，但在火災(zāi)中，建筑上快速安裝信標難以實現(xiàn)，另外雷達所獲取的是徑向方向的數(shù)據(jù)，后期處理也不便。

基于數(shù)字攝影及圖像處理的監(jiān)測技術(shù)主要是利用機器視覺手段實現(xiàn)，通過連續(xù)采集建筑物目標特征點的位置識別出建筑物變形情況，一次性可采集多個特征點，可實現(xiàn)連續(xù)動態(tài)的數(shù)據(jù)采集，但是對圖像精度要求高，數(shù)據(jù)存儲量大，后期圖像處理要求高，在火災(zāi)場景中很容易受到光線、煙氣等不利條件影響。

傳統(tǒng)的光學(xué)監(jiān)測手段具有成本較低優(yōu)勢，在動態(tài)實時性和測量精度上反饋較差，上不太能夠滿足火災(zāi)場景的應(yīng)用需求，在結(jié)合激光輔助技術(shù)后，更接近于全站儀等設(shè)備的應(yīng)用方式，并且受環(huán)境因素影響也較大。

因此，何如較低成本、較高精度地實現(xiàn)針對于火災(zāi)場景的建筑物變形監(jiān)測成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員重點研究的課題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種在火災(zāi)時利用激光定位監(jiān)測建筑結(jié)構(gòu)變形的方法，能夠滿足動態(tài)實時性、環(huán)境適應(yīng)性、非接觸性的監(jiān)測需求，并且滿足成本較低、監(jiān)測精度較高的應(yīng)用要求。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種在火災(zāi)時利用激光定位監(jiān)測建筑結(jié)構(gòu)變形的方法，包括如下步驟：

(1)在火災(zāi)火場內(nèi)建筑的兩個不同方位與之保持一定距離地各設(shè)置一個激光定位設(shè)備，使所述激光定位設(shè)備能夠?qū)⒓す馍湓谒鼋ㄖ希覂蓚€所述激光定位設(shè)備分別與所述建筑構(gòu)成的兩條線相互之間的夾角處于90±20°范圍內(nèi)；

(2)在所述建筑正對于所述激光定位設(shè)備的側(cè)面上選定一個能夠被觀測到的特征區(qū)域，該特征區(qū)域內(nèi)具有至少一個可被識別為沿縱向走向的參考線的建筑特征；

(3)調(diào)整所述激光定位設(shè)備瞄準所述特征區(qū)域，并射出多條激光，這些激光在該特征區(qū)域內(nèi)的射點排列在同一直線上且排列的線段與所述參考線相交；

(4)持續(xù)觀測這些射點與所述參考線的相對位置，當所述相對位置的變動超過設(shè)定閾值時，發(fā)出預(yù)警信號；

其中，所述相對位置的變動由當前觀測到的相對位置與初始相對位置的差值體現(xiàn)。

具體地，所述激光在特征區(qū)域內(nèi)的射點所在直線與所述參考線的夾角處于90±30°范圍內(nèi)。

具體地，所述射點排列的線段與所述參考線相交的位置位于該線段內(nèi)。

優(yōu)選地，所述激光的條數(shù)不低于4條，相鄰的所述射點中心間距不低于10cm且不高于20cm。

具體地，所述步驟(2)中的建筑特征包括窗戶邊沿、門邊沿、建筑外側(cè)邊沿、梁柱或建筑外表面棱。

進一步地，所述激光定位設(shè)備包括安裝平臺，設(shè)置于安裝平臺上的調(diào)節(jié)裝置，多個并排安置于該安裝平臺上的激光發(fā)射器，以及為所述激光發(fā)射器供電的電源。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明根據(jù)火災(zāi)場景中遇到的問題針對性設(shè)計，巧妙利用了多條激光構(gòu)建測量線段與火場內(nèi)建筑上已有的固定參考物作對照，并實時監(jiān)控二者產(chǎn)生的變化差量，從而對比獲得火場建筑變形的參數(shù)，實現(xiàn)建筑倒塌前的預(yù)警，并且本發(fā)明環(huán)境適應(yīng)性強，應(yīng)用性好，成本較低，能夠滿足火場環(huán)境測量的精度要求，在消防救援領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景，適合推廣應(yīng)用。

(2)根據(jù)我們的經(jīng)驗和研究總結(jié)，火場建筑倒塌前的變形情況主要為整體或部分橫向傾斜，所設(shè)計的激光定位設(shè)備也主要是針對建筑所對側(cè)面水平方向的位移監(jiān)測，因此在本發(fā)明中通過對火場建筑的兩個方位進行監(jiān)測，可分別獲得x向和y向的建筑變形參數(shù)，從而保證對建筑變形情況較為全面的監(jiān)測，進而準確判斷出是否出現(xiàn)建筑倒塌的情況。

(3)由于火災(zāi)事故發(fā)生的不確定性，在實際的消防救援中沒有條件和時間專門布設(shè)監(jiān)測點或標記點，針對這樣的情況，本發(fā)明采用在火場建筑本身上選擇參考點的方式，巧妙地解決了這個問題，而且基于火場建筑本身的監(jiān)測也更容易提前發(fā)現(xiàn)其變形情況，保證預(yù)警的可靠性，同時這種根據(jù)火場建筑實際情況選擇特征區(qū)域的方式，也有利于減小火災(zāi)煙氣等惡劣環(huán)境對激光定位的干擾，一定程度上提高了變形監(jiān)測的精準度。

(4)由于本發(fā)明中只是采用多條激光構(gòu)建測量線段，后續(xù)并不需要過于復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，所采用激光發(fā)射器只要能滿足基本要求即可，成本較低，相比現(xiàn)有技術(shù)中其他類型的監(jiān)測手段及所用的儀器設(shè)備，大大降低了設(shè)備成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中激光定位設(shè)備的安置位置示意圖。

圖2為本發(fā)明中激光射點部位的監(jiān)測示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，本發(fā)明的實施方式包括但不限于下列實施例。

實施例

如圖1和圖2所示，該在火災(zāi)時利用激光定位監(jiān)測建筑結(jié)構(gòu)變形的方法，包括如下步驟：

(1)在火災(zāi)火場內(nèi)建筑的兩個不同方位與之保持一定距離地各設(shè)置一個激光定位設(shè)備，使所述激光定位設(shè)備能夠?qū)⒓す馍湓谒鼋ㄖ?，且兩個所述激光定位設(shè)備分別與所述建筑構(gòu)成的兩條線相互之間的夾角處于90±20°范圍內(nèi)；

(2)在所述建筑正對于所述激光定位設(shè)備的側(cè)面上選定一個能夠被觀測到的特征區(qū)域，該特征區(qū)域內(nèi)具有至少一個可被識別為沿縱向走向的參考線的建筑特征；其中，建筑特征包括窗戶邊沿、門邊沿、建筑外側(cè)邊沿、梁柱或建筑外表面棱等；

(3)調(diào)整所述激光定位設(shè)備瞄準所述特征區(qū)域，并射出多條激光，這些激光在該特征區(qū)域內(nèi)的射點排列在同一直線上且排列的線段與所述參考線相交；所述激光在特征區(qū)域內(nèi)的射點所在直線與所述參考線的夾角處于90±30°范圍內(nèi)，所述射點排列的線段與所述參考線相交的位置位于該線段的中心，所述激光的條數(shù)不低于4條，相鄰的所述射點中心間距不低于10cm且不高于20cm；

(4)持續(xù)觀測這些射點與所述參考線的相對位置，當所述相對位置的變動超過設(shè)定閾值時，發(fā)出預(yù)警信號；

其中，所述相對位置的變動由當前觀測到的相對位置與初始相對位置的差值體現(xiàn)。

進一步地，所述激光定位設(shè)備包括安裝平臺，設(shè)置于安裝平臺上的調(diào)節(jié)裝置，多個并排安置于該安裝平臺上的激光發(fā)射器，以及為所述激光發(fā)射器供電的電源。通過調(diào)節(jié)裝置可調(diào)節(jié)所發(fā)射的激光的角度，以及各條激光的間距和光斑射點大小，以滿足監(jiān)測需求。

對于激光條數(shù)，即激光發(fā)射器數(shù)量，出于精度的考慮，不能太少，出于成本的考慮，又不能太多，綜合來看，優(yōu)選8條為宜。

對于參考線相對位置的觀測，根據(jù)實際情況，可以采用人工直接觀測結(jié)合報警設(shè)備發(fā)出預(yù)警，也可以采用人工配合望遠鏡等輔助觀測工具觀測，還可以采用帶有機器視覺的智能設(shè)備進行觀測預(yù)警。通過本發(fā)明在火災(zāi)場景的應(yīng)用，為消防救援人員的生命安全提供了可靠的保障。

上述實施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非對本發(fā)明保護范圍的限制，但凡采用本發(fā)明的設(shè)計原理，以及在此基礎(chǔ)上進行非創(chuàng)造性勞動而作出的變化，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。