[发明专利]一种刚柔一体的建筑物狭窄空间的裂缝检测系统

说明书

一种刚柔一体的建筑物狭窄空间的裂缝检测系统，包括轮式移动小车、裂缝检测系统，轮式移动小车上设有运动控制系统、激光导航系统、超声波避障系统以及照明系统；裂缝检测系统包括移动检测平台、图像采集装置以及图像处理系统；移动检测平台为安装在轮式移动小车顶部的蛇形机械臂，图像采集装置为安装在蛇形机械臂前端的运动相机，图像处理系统包括存储器、模型训练数据集以及基于U‑Net网络的裂缝检测模型；本发明的优点在于：整体裂缝检测系统自主移动可控，减少人工和物力消耗，安全性高经济效益好。

技术领域

本发明涉及建筑物裂缝检测系统，尤其涉及一种运用刚柔一体机械装置针对复杂环境中建筑物裂缝进行检测的系统及检测方法，其目的在于可有效解决复杂环境中建筑物裂缝检测困难、自主检测性低等问题，属于工程结构安全检测领域，尤其涉及裂缝检测领域。

背景技术

在水利工程、建筑工程以及航空航天工程技术领域中，工程结构安全检测的结果是工程能否投入实际运行的重要评判依据。在工程结构安全检测中，建筑物裂缝检测是其中常见的检测项目。裂缝是在混凝土硬化过程中，由于混凝土脱水，引起收缩，或者受温度高低的温差影响，引起膨胀不均匀而产生的。裂缝的存在与发展通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低混凝土材料的承重能力，影响如堤坝、楼宇的使用寿命，严重者甚至会威胁到人们的生命安全。我国在水利行业、建筑行业等方面的工程数量众多，工程结构形式复杂多样，但总体技术状况不容乐观，面临着大量的裂缝检测工作。准确、及时地检测裂缝的发生发展过程，对保障工程安全、防止事故发生具有重要意义。

现有裂缝检测系统主要分为两种，一种为人工手持检测仪进行检测，主要适用于低层建筑物，对于稍高的建筑物需搭建高架，然后由检测人员在高架上进行检测任务。这种检测方法适用范围小，人工投入大且危险性较高。另一种为采用无人机搭载检测仪进行检测。例如，CN201420833657.1的中国实用新型专利，公开了“裂缝无人智能检测机”。利用飞控装置和GPS定位系统对无人机进行自动航点驾驶和定点悬停，在其自动驾驶过程中使用搭载的摄像机拍摄待测建筑物的墙体视频并进行存储。完成飞行任务后，将存储的墙体图片上传至计算机，利用计算机软件对图片进行处理，最终得到裂缝的信息。利用无人机可控飞行的特点，可以降低检测的人力和设备成本，且可以高效的检测高层建筑物的表层墙面信息。但是，对于建筑物内部管道隧道或墙体间隙等狭窄空间由于无人机的固有体积，使其无法进入到上述环境中进行裂缝检测，且在不开阔的区域，无人机的控制精度难以达到操作要求，很难实现有效的裂缝检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够进入建筑物的狭窄空间，可有效的实现远距离操控、非接触式自主检测的刚柔一体的建筑物裂缝检测系统。

刚柔一体的建筑物裂缝检测系统，包括轮式移动小车、裂缝检测系统，轮式移动小车上设有运动控制系统、激光导航系统、超声波避障系统以及照明系统；裂缝检测系统包括移动检测平台、图像采集装置以及图像处理系统；移动检测平台为安装在轮式移动小车顶部的蛇形机械臂，图像采集装置为安装在蛇形机械臂前端的运动相机；图像处理系统包括存储器、模型训练数据集以及基于U-Net网络的裂缝检测模型；图像处理系统执行以下操作：利用训练数据集对所设计的U-Net网络进行模型训练；获取待检测狭窄空间的裂缝图像；获取运动相机采集的待检测空间中的裂缝图像；将裂缝图像输入到训练好的U-Net模型中，以掩膜的方式输出检测后的图像；对检测后的掩膜图像进行形态学操作，采用轮廓提取计算与图像标定的方法确定裂缝的实际长度与宽度。

作为优选的方案，轮式移动小车通过其上装载的多个激光发射器构成矩形排布。与建筑物狭窄空间周围布置的激光反射板实现实时定位导航，通过运动控制器控制移动小车运动到建筑物狭窄空间的周围区域，当到达指定位置的范围内后启动照明系统，为后续图像采集提供亮度。

作为优选的方案，安装在移动小车上的蛇形机械臂通过运动控制进入到建筑物狭窄空间的内部，通过其上搭载的运动相机进行空间裂缝图像采集，所述运动相机选用GoproHER07 Black，尺寸：62.3*44.9*33mm，重量：116g，采集帧率：60采集图像的分辨率：1920×1080。