裂縫寬度變化監測裝置及其方法
【專利摘要】本發明公開了一種裂縫寬度變化監測裝置及其方法，涉及工程力學中的裂縫監測技術。本裝置包括監測區域（00）、左側標識板（10）、右側標識板（20）、手機（30）、傳輸線（40）和電腦（50）；在監測區域（10）內，在裂縫（11）的左右兩側分別設置有左側標識板（10）和右側標識板（20），手機（30）對監測區域（00）進行拍照，手機（30）、傳輸線（40）和電腦（50）依次連接。本發明利用隨身攜帶手機掃描二維碼和拍照片，攜帶方便，操作便捷，提高了監測效率；將照片傳至電腦，程序將自動處理、計算裂縫寬度監測結果；監測精度高，經濟效益顯著，易于推廣。
【專利說明】裂縫寬度變化監測裝置及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及工程力學中的裂縫監測技術，尤其涉及一種裂縫寬度變化監測裝置及其方法。
[0002]具體地說，在公路、鐵路、水電、礦山和地鐵等行業，本發明可以對隧道襯砌、邊坡擋土墻和抗滑粧等混凝土結構開裂以及其它各種裂縫寬度發展、變化規律進行有效監測，適用于各種結構體開裂后裂縫寬度擴展情況的監測，包括施工期安全監測和運營期健康監測。
技術背景
[0003]為確保工程建設與運行的安全性，對結構變形進行監測必不可少，尤其對結構各種裂縫寬度監測能有效避免施工中事故的發生，判斷工程運營期間的安全性。因此，在這種形勢下，為降低裂縫寬度監測的成本，提高監測精度和監測方法的便捷性，在移動與計算機技術手段迅猛發展的背景下，基于手機拍照和計算機圖像處理技術，一種實用的裂縫監測裝置被提出來了，并且會廣泛地應用到工程實踐中。
[0004]裂縫寬度變化規律直觀反映了結構體穩定狀態，為工程建設提供保障，為下一階段施工方案制定和結構體處治提供依據。同時，為克服目前裂縫監測方法笨重與監測結果易受操作人員影響等不足，研宄一種操作便捷、監測精度穩定的裂縫寬度監測裝置意義重大。
【發明內容】
[0005]本發明的目的就在于克服現有技術存在的缺點和不足，提供一種基于手機拍照和計算機圖像處理技術的實用的裂縫寬度變化監測裝置及其方法；本發明操作簡單，數據處理方便，適用于各種結構體裂縫寬度長期監測；而且成本非常低廉，便于攜帶，易于推廣應用。
[0006]本發明采用以下技術方案:
本裝置包括監測區域、左側標識板、右側標識板、手機、傳輸線和電腦；
在監測區域內，在裂縫的左右兩側分別設置有左側標識板和右側標識板，手機對監測區域進行拍照，手機、傳輸線和電腦依次連接。
[0007]與現有技術相比，本發明具有以下優點和積極效果:
①本裝置的標識板加工簡單，制作成本低廉，現場布設方便，保護膜能增強其耐用性；
②利用隨身攜帶的手機掃描二維碼和拍照片，攜帶方便，操作便捷，不用增加專門的監測設備，免去使用專門監測設備的繁瑣操作流程，不用在惡劣的監測環境中抄寫監測數據，提高了監測效率；
③將照片傳至電腦，程序將自動處理、計算裂縫寬度監測結果；
④圖案中增設已知直徑長度的圓形靶標作為參照物，通過靶標圓心之間距離可以直接獲得裂縫寬度擴展情況，且精度很高； ⑤試驗證明，單圓形靶標直徑為20mm，采用1300萬像素手機進行拍照，對兩靶心之間距離多次拍攝結果作為樣本，通過基于最小二乘的圖像處理流程方法進行處理，獲得的樣本均方差可以達到0.007_，完全可以滿足對裂縫寬度變化規律監測的目的；
⑥本裝置結構簡單，攜帶方便，經久耐用，工作效率高，監測精度高，經濟效益顯著，易于推廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是本裝置的結構示意圖；
圖2.1是左側標識板的結構示意圖；
圖2.2是圖2.1的A-A剖視圖；
圖3是左側標識板的圖案布置圖；
圖4是右側標識板的圖案布置及具體尺寸標記圖；
圖5是電腦的工作流程圖。
[0009]圖中:
00—監測區域，
01—裂縫；
10一左側標識板；
11一保護膜；
12—圖案板，
121—圓形革El標，122一—.維碼，123—編號，124—背景；
13—不干膠，
131—表面材料，132—粘合劑，133—底紙；
20一右側標識板；
30一手機；
40—傳輸線；
50一電腦ο
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖和實施例詳細說明:
一、裝置
1、總體
如圖1，本裝置包括監測區域00、左側標識板10、右側標識板20、手機30、傳輸線40和電腦50 ；
在監測區域00內，在裂縫11的左右兩側分別設置有左側標識板10和右側標識板20，手機30對監測區域B進行拍照，手機30、傳輸線40和電腦50依次連接。
[0011]2、功能部件 O左側標識板10
如圖2.1、圖2.2、圖3，左側標識板10包括從外向內依次連接的保護膜11、圖案板12與不干膠13三層； 保護膜11為通用的透明薄膜；
圖案板12包括圓形靶標121、二維碼122、編號123和背景124 ；
不干膠13由表面材料131、粘合劑132和底紙133三層構成。
[0012]2)右側標識板20
右側標識板20和左側標識板10結構相同，互為軸對稱。
[0013]3)手機 30
手機30是一種具有拍照功能的手機，像素大于1000萬。
[0014]4)傳輸線 40 傳輸線40為通用數據線。
[0015]5)電腦 50
硬件配置:普通PC機，CPU為Intel PIII或者Athlon XP以上，內存256M以上；計算機系統要求配置鼠標，以便交互式操作。
[0016]軟件:操作系統為Windows NT、Windows XP、Windows7，圖像處理軟件基于Python2.7.2自行設計。
[0017]3、工作機理:
首先，將左側標示板10與右側標識板20粘貼于裂縫01兩側；然后，通過手機30對兩側標識板進行拍照，并用傳輸線40將照片在電腦50中進行存儲；然后，計算左側標示板10與右側標識板20中圓形靶標121圓心之間的距離；最后，通過多次定期拍照并計算得到的多個圓形靶標121圓心距離值，達到對裂縫寬度變化監測的目的。
[0018]二、方法本方法包括下了步驟:
①根據需要監測的裂縫01規模和要求的監測精度，設定合適大小的圖案12，尤其指定適當的圓形靶標121直徑，并注意白色為目標，黑色為背景124 ;
②將設置的圖案12打印在不干膠13上，并在圖案12上冷裱一層保護膜11，增強標識板耐久性；
③在現場找出編號123相同的一對標識板(包括左側標識板10與右側標識板20)，撕掉底紙133，將左側標識板10與右側標識板20分別粘貼在監測裂縫01的兩側(要求粘貼區域干凈、干燥，兩側標識板盡量向裂縫部位靠攏);
④利用手機30對監測區域00進行拍照，同時掃描二維碼122，盡量保證拍照范圍只包含兩側標識板即可，為提高監測結果的穩定性與減小誤差，同一裂縫監測區域可以多拍幾次，文件名保存為二維碼122掃面結果，掃描結果與編號123 —致；
⑤將手機30中存儲照片通過傳輸線線40傳至電腦50，通過本發明提出的圖像處理流程方法進行處理。
[0019]如圖5，具體流程為:
①讀入照片501；
②轉換為灰度圖502；
③高斯去噪503；
④二值化504；
⑤提取輪廓線505； ⑥識別圓形靶標輪廓506;
⑦最小二乘法擬合圓形革E標圓心與直徑507；
⑧獲得單位像素實際距離508;
⑨計算左側標識板與右側標識板中圓形靶標圓心之間實際距離；
⑩同一監測區域拍攝多張照片，計算多個圓形靶標圓心之間實際距離的平均值，作為某一次的監測結果。
[0020]最后，定期多次對某一裂縫01的監測區域00的照片，通過基于圖像處理技術進行處理，計算不同時期圓形靶標121圓心之間實際距離，實現對各種裂縫01的寬度變化和擴展規律監測的目的。
【權利要求】
1.一種裂縫寬度變化監測裝置，其特征在于: 包括監測區域(OO )、左側標識板(10 )、右側標識板(20 )、手機(30 )、傳輸線(40 )和電腦(50)； 在監測區域(00)內，在裂縫(11)的左右兩側分別設置有左側標識板(10)和右側標識板(20)，手機(30)對監測區域(00)進行拍照，手機(30)、傳輸線(40)和電腦(50)依次連接。
2.按權利要求1所述的一種裂縫寬度變化監測裝置，其特征在于: 所述的左側標識板(10)包括從外向內依次連接的保護膜(11)、圖案板(12)與不干膠(13)三層； 保護膜(11)為通用的透明薄膜； 圖案板(12)包括圓形靶標(121 )、二維碼(122)、編號(123)和背景(124); 不干膠(13)由表面材料(131 )、粘合劑(132)和底紙(133)三層構成； 所述的右側標識板(20)和左側標識板(10)結構相同，互為軸對稱； 所述的手機(30)是一種具有拍照功能的手機，像素大于1000萬； 所述的傳輸線(40)為通用數據線； 所述的電腦(50 )其硬件配置為普通PC機。
3.按權利要求1、2所述監測裝置的裂縫寬度變化監測方法，其特征在于: ①根據需要監測的裂縫(01)規模與要求的監測精度，設定合適大小的圖案(12)，尤其指定適當的圓形靶標(121)直徑，并注意白色為目標，黑色為背景(124); ②將設置的圖案(12)打印在不干膠(13)上，并在圖案(12)上冷裱一層保護膜(11)，增強標識板耐久性； ③在現場找出編號(123)相同的一對標識板，撕掉底紙(133)將左側標識板(10)與右側標識板(20)分別粘貼在監測裂縫(01)的兩側； ④利用手機(30)對監測區域(00)進行拍照，同時掃描二維碼(122)，盡量保證拍照范圍只包含兩側標識板即可，為提高監測結果的穩定性與減小誤差，同一裂縫監測區域可以多拍幾次，文件名保存為二維碼(122)掃面結果，掃描結果與編號(123) 一致； ⑤將手機(30)中存儲照片通過傳輸線線(40)傳至電腦(50)，通過圖像處理方法進行處理。
4.按權利要求3所述的裂縫寬度變化監測方法，其特征在于所述的圖像處理方法包括下列工作流程: ①讀入照片(501)； ②轉換為灰度圖(502)； ③高斯去噪(503)； ④二值化(504)； ⑤提取輪廓線(505)； ⑥識別圓形靶標輪廓(506); ⑦最小二乘法擬合圓形革E標圓心與直徑(507)； ⑧獲得單位像素實際距離(508); ⑨計算左側標識板與右側標識板中圓形靶標圓心之間實際距離(509); ⑩同一監測區域拍攝多張照片，計算多個圓形靶標圓心之間實際距離的平均值，作為某一次的監測結果(510); 最后，定期多次對某一裂縫(01)的監測區域(00)的照片，通過基于圖像處理技術進行處理，計算不同時期圓形靶標(121)圓心之間實際距離，實現對各種裂縫(01)的寬度變化和擴展規律監測的目的。
【文檔編號】G06T7/00GK104463888SQ201410795319
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月19日 優先權日:2014年12月19日
【發明者】劉振平, 劉建, 賀懷建, 卞康 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所