[发明专利]一种基于立体视觉的预制混凝土构件装配过程监控的方法

说明书

本发明公开了一种基于立体视觉的预制混凝土构件装配过程监控的方法，将双目相机运用至预制构件吊装施工过程中，提出一种基于椭圆检测的靶标分类及中心定位方法，再根据设置的靶标建立参考坐标系和构件坐标系，并选择相应地控制点，监测套管‑钢筋对准过程，调整构件姿态，当控制点误差都足够小时，说明构件可顺利下落。在构件下落到目标高度时开始精确调整，同时控制多个控制点的误差，当误差减少至容许范围内结构装配完成。本发明相比于传统方式减少了人力成本和设备投入，并可以明确地提供偏差量；此外，提出的基于深度学习的圆心检测可提高检测的速率和准确率；提出的基于坐标系转换的结构吊装监控，可有效地测量结构吊装的三个过程。

技术领域

本发明涉及一种基于立体视觉的预制混凝土构件装配过程监控的方法，属于结构施工监控技术领域。

背景技术

近几十年来随着建筑工业化的不断发展，装配式结构因其生产和建造模式具有减少施工时间和成本、节省劳动力、减少污染等优势，在世界各地都在促进这类技术的推广和使用。目前已经有不少学者将新技术运用于装配式结构的建造过程中，然而就目前的土建行业的现状而言，这些新兴技术多用于预制构件的验收和管理方面，对装配式结构吊装过程的位移测量仍然采用水准仪、经纬仪、全站仪等工具进行测量，这些设备使用过程中需要配有专门的技术人员，自动化程度低且使用成本高。目前世界各地都面临着劳动力紧缺和用人成本提高的问题，建筑行业也面临着这样的困境，据相关研究表明土建行业目前极其依赖熟练的劳动力，作为熟练劳动力的测量师特别供不应求。将新兴技术用于发展自动化的测量方式可有效减低劳动力短缺所带来的对建筑业的影响，也是未来发展的必然趋势。

随着科技的不断发展，有诸多新型且高精度的位移测量技术被用于土木工程的测量实践中，其可以分为接触式测量和非接触测量两种类型。对于接触式传感器有百分表、拉绳式位移传感器、线性可变差压传感器、磁致伸缩位移传感器、液位计等类型，这类传感器如LVDT(linear variable differential transformer)具有精度高和可在恶劣环境中工作的特点，然而其需在结构附近设立参考点且接线复杂，使得这类方法很难被用于实践中。非接触式传感器有LDV(Laser Doppler vibrometer)、微波雷达、计算机图像技术中特征跟踪算法、粒子图像测速法(PIV)、模板匹配法。这些非接触测量方法在实际使用时取得了良好得效果，但都仅限于二维平面位移测量，装配式结构吊装过程的测量结构发生了三维空间位移。即便是从两个方向同时测量各自方向的平面位移，离面位移也会使得的平面位移测量方法失效。

对于三维位移的测量目前也有一些有效的方法，包括有GPS(Global PositioningSystem)、TLS(三维激光扫面)、摄影测量等方式。GPS也被广泛地用于三维位移测量，但其误差通常能达到厘米级且还需要对每个测点安装接收器，无论是精度还是使用方法都不适用于吊装过程地测量。激光雷达可以直接通过激光扫描得到结构整体的三维点云数据，近年来在土木工程领域得到广泛的关注，但是误差相对较大，且TLS设备造价昂贵无法大批量使用。摄影测量是一种成本更加低廉和便利性更加优异的测量方式，单张图片可以准确计算平面位移，但估计深度往往有很大的误差。

目前双目立体视觉的方法因其具有精度高、多点测量、测量速度快的优点受到越来越多的关注，在土木工程领域已经有多项研究可以证明这种方法的可行性。双目相机可以对结构振动时各点的三维位移进行监测，且测量结果和LVDT和LDV传感器进行对比的标准误差都小于0.5mm，同时，还可以在已知变形量的基础上通过仿真模拟得到全场的动态应变预测，有预测动态应变的能力。综上所述，双目立体视觉方案具有足够的精度、多点测量、造价低廉和测量速度快的优势，并且还适用于较大的视场，符合构建吊装测量的需求。

因此，相对于传统方法的缺陷，需要提出一种具有全过程监控、自动化程度高、节省人力和设备成本的优点的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于立体视觉的预制混凝土构件装配过程监控的方法，针对构件吊装过程现场测量构件空中姿态以辅助完成精确拼装，减少了人力成本和设备的投入，并且可以明确地提供偏差量。