本發(fā)明涉及測(cè)量，尤其涉及一種建筑施工用測(cè)量裝置及其方法。

背景技術(shù)：

1、我國(guó)是一個(gè)建筑大國(guó)，建筑保有量巨大，其中不乏帶裂縫工作的建筑。裂縫對(duì)建筑物的安全性、耐久性有著至關(guān)重要的影響。建筑裂縫主要存在于混凝土上，混凝土裂縫可分為微觀裂縫及宏觀裂縫，微觀裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)本身基本無(wú)影響，大多數(shù)混凝土都是帶微小裂縫工作的。混凝土宏觀裂縫即混凝土裂縫，其寬度若超出規(guī)范對(duì)裂縫控制的計(jì)算范圍，則可被視為有害裂縫，會(huì)給結(jié)構(gòu)物帶來安全隱患，可能導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，故裂縫檢測(cè)一直受到國(guó)內(nèi)學(xué)者的廣泛關(guān)注。

2、目前混凝土裂縫寬度檢測(cè)主要采用以下幾種方法：第一，塞尺或裂縫寬度比對(duì)卡測(cè)量；第二，使用裂縫顯微鏡并配光源進(jìn)行測(cè)量；第三，使用裂縫寬度測(cè)試儀，將裂縫圖像顯示在顯示屏上并采用人工讀取寬度的方法測(cè)量。

3、現(xiàn)有裂縫寬度檢測(cè)方法，其缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在：其一，相關(guān)儀器費(fèi)用高昂，不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)儀器裝置操作復(fù)雜，需要專業(yè)人員進(jìn)行操作；其二，上述檢測(cè)方法均需要人工操作，人工觀測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫有一定主觀性，包括儀器精度問題，造成裂縫檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、因此，為了解決上述不足，一方面，本發(fā)明在此提供一種建筑施工用測(cè)量裝置，包括：

2、視覺模塊，用于采集目標(biāo)表面圖像；

3、控制系統(tǒng)，獲取目標(biāo)表面圖像，框選目標(biāo)表面圖像的目標(biāo)特征，提取目標(biāo)特征邊緣以及裂縫骨架線，根據(jù)裂縫骨架線計(jì)算骨架線法向量，基于骨架線法向量與目標(biāo)特征邊緣計(jì)算裂縫寬度；

4、所述控制系統(tǒng)包括：

5、信息采集單元，用于獲取視覺模塊采集的目標(biāo)表面圖像；

6、圖像處理單元，框選目標(biāo)表面圖像中的目標(biāo)特征，形成目標(biāo)特征框選區(qū)域，提取目標(biāo)特征框選區(qū)域中目標(biāo)特征邊緣以及裂縫骨架線；

7、寬度計(jì)算單元，根據(jù)裂縫骨架線計(jì)算骨架線法向量，基于骨架法向量與目標(biāo)特征邊緣計(jì)算裂縫寬度。

8、本發(fā)明通過獲取視覺模塊采集的目標(biāo)表面圖像；框選目標(biāo)表面圖像中的目標(biāo)特征，形成目標(biāo)特征框選區(qū)域，提取目標(biāo)特征框選區(qū)域中目標(biāo)特征邊緣以及裂縫骨架線；根據(jù)裂縫骨架線計(jì)算骨架線法向量，基于骨架法向量與目標(biāo)特征邊緣計(jì)算裂縫寬度，從而實(shí)現(xiàn)墻面、混凝土構(gòu)件或其他建筑結(jié)構(gòu)平面裂縫寬度的自動(dòng)化測(cè)量，操作簡(jiǎn)單，測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

9、進(jìn)一步的，所述測(cè)量裝置還包括行走裝置，上述的控制系統(tǒng)與視覺模塊搭載在該行走裝置上，通過所述行走裝置帶動(dòng)整個(gè)測(cè)量裝置在地面上運(yùn)動(dòng)。

10、通過行走裝置帶動(dòng)整個(gè)裝置運(yùn)動(dòng)，可在當(dāng)前區(qū)域測(cè)量工作完成后，自動(dòng)運(yùn)動(dòng)到下一測(cè)量區(qū)域，實(shí)現(xiàn)測(cè)量工作的自動(dòng)化。

11、進(jìn)一步的，所述測(cè)量裝置還包括位移組件，該位移組件整體安裝在行走裝置上，上述的視覺模塊安裝在位移組件上，通過位移組件帶動(dòng)視覺模塊線性運(yùn)動(dòng)；

12、所述位移組件包括升降結(jié)構(gòu)，通過該升降結(jié)構(gòu)帶動(dòng)所述視覺模塊豎直線性運(yùn)動(dòng)；

13、所述升降結(jié)構(gòu)包括：

14、第二動(dòng)力裝置；

15、固定柱，固定柱固定安裝在行走裝置上；

16、活動(dòng)柱，該活動(dòng)柱包裹在固定柱外側(cè)，通過第二動(dòng)力裝置帶動(dòng)活動(dòng)柱豎直運(yùn)動(dòng)；

17、安裝平臺(tái)，所述安裝平臺(tái)安裝在活動(dòng)柱上，隨活動(dòng)柱一同豎直線性運(yùn)動(dòng)，所述視覺模塊安裝在該安裝平臺(tái)上。

18、通過第二動(dòng)力裝置帶動(dòng)整個(gè)安裝平臺(tái)豎直運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)視覺模塊豎直線性運(yùn)動(dòng)，從而提高視覺模塊的作用高度上限。

19、進(jìn)一步的，所述安裝平臺(tái)一側(cè)設(shè)有第一傳感器，該第一傳感器用于檢測(cè)安裝平臺(tái)側(cè)面兩端到目標(biāo)表面的第一距離；

20、該測(cè)量裝置還包括姿態(tài)控制單元，與信息采集單元連接，根據(jù)第一距離進(jìn)行平行判斷，獲得平行判斷結(jié)果，若不平行，則控制行走裝置運(yùn)動(dòng)，調(diào)整裝置與目標(biāo)表面的平行度。

21、通過姿態(tài)控制單元，根據(jù)第一距離進(jìn)行平行判斷，獲得平行判斷結(jié)果，若不平行，則控制行走裝置運(yùn)動(dòng)，調(diào)整裝置與目標(biāo)表面的平行度，從而保持安裝平臺(tái)側(cè)面與目標(biāo)表面平行，進(jìn)而提高測(cè)量精度。

22、進(jìn)一步的，所述升降結(jié)構(gòu)還包括第一動(dòng)力裝置，通過第一動(dòng)力裝置帶動(dòng)安裝平臺(tái)沿活動(dòng)柱豎直線性運(yùn)動(dòng)。

23、通過第一動(dòng)力裝置帶動(dòng)安裝平臺(tái)相對(duì)于活動(dòng)柱線性運(yùn)動(dòng)，從而增加視覺模塊的作用高度下限，配合上述第二動(dòng)力裝置，增加了視覺模塊作用高度范圍。

24、進(jìn)一步的，所述位移組件還包括行進(jìn)裝置，該行進(jìn)裝置安裝在安裝平臺(tái)上，所述視覺模塊安裝在行進(jìn)裝置上；

25、所述行進(jìn)裝置包括：

26、第五動(dòng)力裝置，通過該第五動(dòng)力裝置帶動(dòng)視覺模塊相對(duì)于安裝平臺(tái)豎直滑動(dòng)；

27、第四動(dòng)力裝置，通過該第四動(dòng)力裝置帶動(dòng)視覺模塊水平橫向線性運(yùn)動(dòng)；

28、第三動(dòng)力裝置，通過該第三動(dòng)力裝置帶動(dòng)視覺模塊水平縱向線性運(yùn)動(dòng)。

29、進(jìn)一步的，在上述視覺模塊上設(shè)有第二傳感器，通過該第二傳感器獲取視覺模塊與目標(biāo)表面的第二距離；

30、該測(cè)量裝置還包括工作控制單元，與信息采集單元連接，用于根據(jù)第二距離進(jìn)行間距判斷，根據(jù)間距判斷結(jié)果控制行進(jìn)裝置執(zhí)行動(dòng)作。

31、通過行進(jìn)裝置帶動(dòng)視覺模塊靠近目標(biāo)表面，在此過程中，第二傳感器獲取視覺模塊與目標(biāo)表面的第二距離；工作控制單元根據(jù)第二距離進(jìn)行間距判斷，若第二距離等于預(yù)設(shè)距離，則控制第三動(dòng)力裝置停止工作，隨后控制第四動(dòng)力裝置帶動(dòng)視覺模塊橫向運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到最后行程后，第五動(dòng)力裝置帶動(dòng)視覺模塊上升預(yù)設(shè)高度，第四動(dòng)力裝置帶動(dòng)視覺模塊反向運(yùn)動(dòng)，往復(fù)如此，直至上升到極限高度或目標(biāo)表面的最大高度。

32、另一方面，本發(fā)明還提供了一種建筑施工用測(cè)量方法，所述測(cè)量方法使用了上述的建筑施工用測(cè)量裝置，所述測(cè)量方法包括：

33、通過遙控、推動(dòng)或遠(yuǎn)程操控的方式控制裝置運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)的初始測(cè)量位置；

34、根據(jù)第一距離進(jìn)行平行判斷，獲得平行判斷結(jié)果，若不平行，則控制行走裝置運(yùn)動(dòng)，調(diào)整裝置與目標(biāo)表面的平行度；

35、具體的，信息采集單元分別獲取位于安裝平臺(tái)側(cè)面兩端的第一傳感器采集的第一距離 l 1、 l 2上傳到姿態(tài)控制單元中，姿態(tài)控制單元對(duì) l 1、 l 2進(jìn)行判斷，判斷 l 1是否等于 l 2，若不等于，則控制行走裝置運(yùn)動(dòng)，調(diào)整角度，直至 l 1、 l 2相等；

36、若平行，則控制行走裝置沿平行于目標(biāo)表面的方向運(yùn)動(dòng)，行走至目標(biāo)表面中，以獲取目標(biāo)測(cè)量工作長(zhǎng)度；

37、其方式是：通過光量判別的方式，當(dāng)?shù)谌齻鞲衅黝A(yù)設(shè)距離位置存在目標(biāo)時(shí)，光量被反射接收，開始累加，直至檢測(cè)不到目標(biāo)或第四傳感器檢測(cè)到障礙物相距裝置的距離達(dá)到危險(xiǎn)距離；

38、所述目標(biāo)測(cè)量工作長(zhǎng)度的計(jì)算方式為：

39、

40、其中， l為測(cè)量工作長(zhǎng)度，單位為 m； v為裝置測(cè)量目標(biāo)的測(cè)量工作長(zhǎng)度時(shí)行走速度，單位為 m/s； t為裝置從初始位置到檢測(cè)不到目標(biāo)時(shí)或第四傳感器檢測(cè)到障礙物相距裝置的距離達(dá)到危險(xiǎn)距離所用的時(shí)間，單位為 s； a為障礙物相距裝置的危險(xiǎn)距離，當(dāng)無(wú)障礙物時(shí)， a取0，單位為 m；

41、測(cè)量完成后，回到初始位置，行進(jìn)裝置帶動(dòng)視覺模塊靠近目標(biāo)表面，在此過程中，第二傳感器獲取視覺模塊與目標(biāo)表面的第二距離；

42、工作控制單元根據(jù)第二距離進(jìn)行間距判斷，若第二距離等于預(yù)設(shè)距離，則控制第三動(dòng)力裝置停止工作；

43、隨后控制第四動(dòng)力裝置帶動(dòng)視覺模塊橫向運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到最后行程后，第五動(dòng)力裝置帶動(dòng)視覺模塊上升預(yù)設(shè)高度，第四動(dòng)力裝置帶動(dòng)視覺模塊反向運(yùn)動(dòng)，往復(fù)如此，直至上升到極限高度或目標(biāo)表面的最大高度，在此過程中視覺模塊對(duì)目標(biāo)表面進(jìn)行裂縫測(cè)量工作；

44、所述裂縫測(cè)量工作包括：

45、獲取視覺模塊采集的目標(biāo)表面圖像；

46、框選目標(biāo)表面圖像中的目標(biāo)特征，形成目標(biāo)特征框選區(qū)域，提取目標(biāo)特征框選區(qū)域中目標(biāo)特征邊緣以及裂縫骨架線；

47、根據(jù)裂縫骨架線計(jì)算骨架線法向量，基于骨架法向量與目標(biāo)特征邊緣計(jì)算裂縫寬度；

48、所述提取目標(biāo)特征框選區(qū)域中目標(biāo)特征邊緣以及裂縫骨架線包括：

49、采用faster?r-cnn?和yolo?v5（x）目標(biāo)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)橋梁裂縫進(jìn)行初次識(shí)別和提?。?/p>

50、采用主干特征提取網(wǎng)絡(luò)為resnet50的目標(biāo)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)模型faster?r-cnn?和主干特征提取網(wǎng)絡(luò)為cspdarknet53?的目標(biāo)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)模型yolo?v5(x)，在tensorflow2框架下進(jìn)行橋梁裂縫的二次識(shí)別和提??；

51、在pytorch框架下，采用主干特征提取網(wǎng)絡(luò)為vgg16?的u-net?語(yǔ)義分割網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行裂縫的分割和提?。?/p>

52、通過alpha?shapes?算法提取裂縫邊緣，形成裂縫邊緣線；通過中軸變換迭代計(jì)算提取裂縫骨架線；

53、所述基于骨架法向量與目標(biāo)特征邊緣計(jì)算裂縫寬度包括：

54、確定骨架法向量與目標(biāo)特征邊緣線的交叉點(diǎn)；

55、獲取交叉點(diǎn)坐標(biāo)，基于交叉點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算裂縫寬度，獲得裂縫寬度計(jì)算結(jié)果；

56、所述基于骨架法向量與目標(biāo)特征邊緣計(jì)算裂縫寬度包括：

57、確定骨架法向量與目標(biāo)特征邊緣線的交叉點(diǎn)；

58、獲取交叉點(diǎn)坐標(biāo)，基于交叉點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算裂縫寬度，獲得裂縫寬度計(jì)算結(jié)果；

59、所述裂縫寬度的計(jì)算方式為：

60、

61、其中， h為裂縫骨架線上預(yù)設(shè)點(diǎn)的裂縫寬度，單位為 mm； x 1、 x 2為骨架法向量與目標(biāo)特征邊緣線交叉點(diǎn)的橫坐標(biāo)， y 1、 y 2為骨架法向量與目標(biāo)特征邊緣線交叉點(diǎn)的縱坐標(biāo)；

62、所述骨架法向量的計(jì)算方式為采用svd?奇異分解對(duì)骨架線進(jìn)行法向量估計(jì)，從而獲得骨架法向量；

63、在上述測(cè)量過程中，信息采集單元獲取測(cè)量工作長(zhǎng)度，工作控制單元根據(jù)測(cè)量工作長(zhǎng)度計(jì)算剩余測(cè)量工作長(zhǎng)度，基于剩余測(cè)量工作長(zhǎng)度控制行走裝置與位移組件行程；

64、所述剩余測(cè)量工作長(zhǎng)度的計(jì)算方式為：

65、

66、其中， c為剩余測(cè)量工作長(zhǎng)度，單位為 m； l為測(cè)量工作長(zhǎng)度，單位為 m； n為裝置在測(cè)量過程中行走的次數(shù)； x為每次行走的長(zhǎng)度，單位為 m；

67、當(dāng)目前區(qū)域的測(cè)量工作完成后，若 c大于 x，則控制裝置的行走裝置行走距離 x，隨后繼續(xù)測(cè)量工作，位移組件帶動(dòng)視覺模塊沿平行于目標(biāo)特征的水平方向運(yùn)動(dòng) x長(zhǎng)度；若 c小于 x，則控制裝置的行走裝置行走距離 x，同時(shí)在測(cè)量時(shí)，位移組件帶動(dòng)視覺模塊沿平行于目標(biāo)特征的水平方向運(yùn)動(dòng) c長(zhǎng)度，若目標(biāo)特征端部具有障礙物，即行走裝置端部的第四傳感器檢測(cè)到障礙物時(shí)，工作控制單元?jiǎng)t控制行走裝置行走 c長(zhǎng)度，控制位移組件帶動(dòng)視覺模塊沿平行于目標(biāo)特征的水平方向運(yùn)動(dòng) x- c長(zhǎng)度，使其運(yùn)動(dòng)到當(dāng)前區(qū)域的初始位置（ x- c，0），隨后開始測(cè)量，此后每次上升預(yù)設(shè)高度后，都會(huì)以該點(diǎn)的橫坐標(biāo) x- c為初始橫坐標(biāo)或終點(diǎn)橫坐標(biāo)。

68、本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

69、本發(fā)明通過獲取視覺模塊采集的目標(biāo)表面圖像；框選目標(biāo)表面圖像中的目標(biāo)特征，形成目標(biāo)特征框選區(qū)域，提取目標(biāo)特征框選區(qū)域中目標(biāo)特征邊緣以及裂縫骨架線；根據(jù)裂縫骨架線計(jì)算骨架線法向量，基于骨架法向量與目標(biāo)特征邊緣計(jì)算裂縫寬度，從而實(shí)現(xiàn)墻面、混凝土構(gòu)件或其他建筑結(jié)構(gòu)平面裂縫寬度的自動(dòng)化測(cè)量，操作簡(jiǎn)單，測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

70、通過行走裝置帶動(dòng)整個(gè)裝置運(yùn)動(dòng)，可在當(dāng)前區(qū)域測(cè)量工作完成后，自動(dòng)運(yùn)動(dòng)到下一測(cè)量區(qū)域，實(shí)現(xiàn)測(cè)量工作的自動(dòng)化。

71、通過第二動(dòng)力裝置帶動(dòng)整個(gè)安裝平臺(tái)豎直運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)視覺模塊豎直線性運(yùn)動(dòng)，從而提高視覺模塊的作用高度上限。通過第一動(dòng)力裝置帶動(dòng)安裝平臺(tái)相對(duì)于活動(dòng)柱線性運(yùn)動(dòng)，從而增加視覺模塊的作用高度下限，配合上述第二動(dòng)力裝置，增加了視覺模塊作用高度范圍。

72、通過姿態(tài)控制單元，根據(jù)第一距離進(jìn)行平行判斷，獲得平行判斷結(jié)果，若不平行，則控制行走裝置運(yùn)動(dòng)，調(diào)整裝置與目標(biāo)表面的平行度，從而保持安裝平臺(tái)側(cè)面與目標(biāo)表面平行，進(jìn)而提高測(cè)量精度。

73、通過行進(jìn)裝置帶動(dòng)視覺模塊靠近目標(biāo)表面，在此過程中，第二傳感器獲取視覺模塊與目標(biāo)表面的第二距離；工作控制單元根據(jù)第二距離進(jìn)行間距判斷，若第二距離等于預(yù)設(shè)距離，則控制第三動(dòng)力裝置停止工作，隨后控制第四動(dòng)力裝置帶動(dòng)視覺模塊橫向運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到最后行程后，第五動(dòng)力裝置帶動(dòng)視覺模塊上升預(yù)設(shè)高度，第四動(dòng)力裝置帶動(dòng)視覺模塊反向運(yùn)動(dòng)，往復(fù)如此，直至上升到極限高度或目標(biāo)表面的最大高度。