专利名称：一种基于激光测距与图像识别的强夯工程自动监测方法
一种基于激光测距与图像识别的强夯工程自动监测方法技术领域
本发明属于工业自动化测量技术领域，涉及图像识别和强夯工程监测，尤其涉及 基于激光测距原理和图像识别的强夯工程自动监测方法。
背景技术：
强夯法又称动力固结法(Dynamic Consolidation)，是一种处理软弱土地基的加 固方法。它是20世纪60年代末由法国工程师Louis开发并创用的。它利用起重设备将夯 锤(8 40t)提升到很大高度(10 40m)，然后使夯锤自由下落，以很大冲击能量(500 8000KN · m)作用在地基上，在土中产生很大的冲击波，以克服土颗粒间的各种阻力，使地基 压密，从而提高地基的强度，减少沉降，消除湿陷性，膨胀性，提高抗液化能力。
强夯法现今已广泛的应用于机场跑道和电站水坝、水库等基础工程的地基加固工 程。目前，强夯工程施工数据测量以及工程现场监测几乎采用的人工测量方式。人工测量 方法造成工程质量参数可信度降低，施工人员也容易偷工减料，从而造成工程质量无法控 制和经济损失。发明内容
本发明提供一种基于激光测距与图像识别的强夯工程自动监测方法，该方法基于 激光测距原理和图像识别技术，实现强夯工程中包括夯锤外形识别、夯锤牵引高度、有效强 夯次数和夯锤落距等方面的自动监测。
一种基于激光测距与图像识别的强夯工程自动监测方法，包括强夯工程参数自动 监测和夯锤外形识别两个并行过程
一、强夯工程参数自动监测过程。
在强夯机强夯过程中，采用一个安装于强夯机吊臂顶部、且激光源发射点与夯锤 垂直正对的激光测距传感器以一定的采样频率测量夯锤相对于激光传感器的距离，将测得 的距离数据以有线或无线的方式发送到数据处理计算机；数据处理计算机对接收到的距离 数据进行处理，得出夯锤最高牵引高度Hmax、夯锤有效强夯次数C、夯锤落距Δ H三个监测结 果。夯锤一次起落行程过程中，激光测距传感器测得的夯锤相对于激光传感器的距离最大 值和最小值的差值就是夯锤该次起落行程过程的最高牵引高度Hmax。若夯锤一次起落行程 过程中的最高牵弓I高度Hmax超过强夯工程要求的有效牵弓I高度H时，则夯锤有效强夯次数C 加一；若夯锤一次起落行程过程中的最高牵引高度Hmax不超过强夯工程要求的有效牵引高 度H时，则夯锤该次起落行程无效，即夯锤有效强夯次数C不变。夯锤落距Δ// = LNmm -4ax， 其中^lx是同一夯坑夯锤第N次起落行程过程中激光测距传感器测得的夯锤相对于激光传 感器的距离最大值，ZLt是同一夯坑夯锤第1次起落行程过程中激光测距传感器测得的夯 锤相对于激光传感器的距离最大值。
二、夯锤外形识别过程。
在强夯机强夯过程中，采用一个安装于强夯机吊臂中部位置、且夯锤整个起落行程均在且摄像范围的摄像仪以一定的采样频率摄像，将采集到的图像序列以有线或无线的 方式发送到数据处理计算机；数据处理计算机对接收到的图像序列进行处理，以对夯锤外 形进行识别和监测。具体夯锤外形进行识别和监测方法是，数据处理计算机首先将接收到 的图像序列从RGB格式转换成灰度格式；然后经中值滤波和差分处理提取出运动目标图 像，即夯锤图像；再对夯锤图像进行二值化处理，计算夯锤在图像中的外形尺寸；最后根据 夯锤图像尺寸和摄像头与夯锤行程之间距离的比例关系，计算出夯锤的实际外形尺寸。
需要强调的是，为了保证强夯工程自动监测过程中的测量精度，激光测距传感器 和摄像仪的采样频率应不低于4HZ。
本发明创造性地将信息处理技术应用于强夯工程监测领域，基于激光测距原理和 图像识别技术，实现强夯工程中包括夯锤外形识别、夯锤牵引高度、有效强夯次数统计和夯 锤落距等方面的自动监测。有效降低了强夯工程监理人员的劳动强度和出错概率，对于确 保强夯工程质量和施工进度具有很强的实用性。


图1为本发明提供的一种基于激光测距与图像识别的强夯工程自动监测方法中 监测系统的安装示意图。
具体实施方式
一种基于激光测距与图像识别的强夯工程自动监测方法，包括强夯工程参数自动 监测和夯锤外形识别两个并行过程
一、强夯工程参数自动监测过程。
在强夯机强夯过程中，采用一个安装于强夯机吊臂顶部、且激光源发射点与夯锤 垂直正对的激光测距传感器(如图1所示)以一定的采样频率测量夯锤相对于激光传感器 的距离，将测得的距离数据以有线或无线的方式发送到数据处理计算机；数据处理计算机 对接收到的距离数据进行处理，得出夯锤最高牵引高度Hmax有效牵引高度H、夯锤有效强夯 次数C、夯锤落距ΔΗ三个监测结果。夯锤一次起落行程过程中，激光测距传感器测得的夯 锤相对于激光传感器的距离最大值和最小值的差值就是夯锤该次起落行程过程的最高牵 弓I高度Hmax。若夯锤一次起落行程过程中的最高牵弓I高度Hmax超过强夯工程要求的有效牵弓I 高度H时，则夯锤有效强夯次数C加一；若夯锤一次起落行程过程中的最高牵引高度Hmax不 超过强夯工程要求的有效牵引高度H时，则夯锤该次起落行程无效，即夯锤有效强夯次数C 不变。夯锤落距Δ// = L^ax -Zlliax，其中Zix是同一夯坑夯锤第N次起落行程过程中激光测距 传感器测得的夯锤相对于激光传感器的距离最大值，是同一夯坑夯锤第1次起落行程 过程中激光测距传感器测得的夯锤相对于激光传感器的距离最大值。
二、夯锤外形识别过程。
在强夯机强夯过程中，采用一个安装于强夯机吊臂中部位置、且夯锤整个起落行 程均在且摄像范围的摄像仪(如图1所示)以一定的采样频率摄像，将采集到的图像序列 以有线或无线的方式发送到数据处理计算机；数据处理计算机对接收到的图像序列进行处 理，以对夯锤外形进行识别和监测。具体夯锤外形进行识别和监测方法是，数据处理计算 机首先将接收到的图像序列从RGB格式转换成灰度格式；然后经中值滤波和差分处理提取出运动目标图像，即夯锤图像；再对夯锤图像进行二值化处理，计算夯锤在图像中的外形尺 寸；最后根据夯锤图像尺寸和摄像头与夯锤行程之间距离的比例关系，计算出夯锤的实际 外形尺寸。
需要强调的是，为了保证强夯工程自动监测过程中的测量精度，激光测距传感器 和摄像仪的采样频率应不低于4Hz。
此外，关于数据处理计算机对激光测距传感器采集的距离数据和摄像仪采集的图 像数据的处理过程，均可采用相应的程序语言经编程实现。
权利要求
1.一种基于激光测距与图像识别的强夯工程自动监测方法，包括强夯工程参数自动监 测和夯锤外形识别两个并行过程一、强夯工程参数自动监测过程；在强夯机强夯过程中，采用一个安装于强夯机吊臂顶部、且激光源发射点与夯锤垂直 正对的激光测距传感器以一定的采样频率测量夯锤相对于激光传感器的距离，将测得的距 离数据以有线或无线的方式发送到数据处理计算机；数据处理计算机对接收到的距离数据 进行处理，得出夯锤最高牵引高度Hmax、夯锤有效强夯次数C、夯锤落距ΔΗ三个监测结果； 夯锤一次起落行程过程中，激光测距传感器测得的夯锤相对于激光传感器的距离最大值和 最小值的差值就是夯锤该次起落行程过程的最高牵引高度Hmax ；若夯锤一次起落行程过程 中的最高牵引高度Hmax超过强夯工程要求的有效牵引高度H时，则夯锤有效强夯次数C加 一；若夯锤一次起落行程过程中的最高牵引高度^iax不超过强夯工程要求的有效牵引高度 H时，则夯锤该次起落行程无效，即夯锤有效强夯次数C不变；夯锤落距Δ// = Zlx -Z1max，其 中《ax是同一夯坑夯锤第N次起落行程过程中激光测距传感器测得的夯锤相对于激光传感 器的距离最大值，是同一夯坑夯锤第1次起落行程过程中激光测距传感器测得的夯锤 相对于激光传感器的距离最大值；二、夯锤外形识别过程；在强夯机强夯过程中，采用一个安装于强夯机吊臂中部位置、且夯锤整个起落行程均 在且摄像范围的摄像仪以一定的采样频率摄像，将采集到的图像序列以有线或无线的方式 发送到数据处理计算机；数据处理计算机对接收到的图像序列进行处理，以对夯锤外形进 行识别和监测；具体夯锤外形进行识别和监测方法是，数据处理计算机首先将接收到的图 像序列从RGB格式转换成灰度格式；然后经中值滤波和差分处理提取出运动目标图像，即 夯锤图像；再对夯锤图像进行二值化处理，计算夯锤在图像中的外形尺寸；最后根据夯锤 图像尺寸和摄像头与夯锤行程之间距离的比例关系，计算出夯锤的实际外形尺寸。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光测距与图像识别的强夯工程自动监测方法，其 特征在于，所述激光测距传感器和摄像仪的采样频率不低于4Hz。
全文摘要
一种基于激光测距与图像识别的强夯工程自动监测方法，属于工业自动化测量技术领域。包括强夯工程参数自测监测和夯锤外形识别两个并行过程；在强夯过程中，采用激光测距传感器监测夯锤相对于激光传感器的距离，并对距离数据进行计算机处理，实现强夯工程参数(最高牵引高度Hmax、有效强夯次数C和夯锤落距ΔH)的自动监测；同时，采用摄像仪采集监测图像，并对监测图像序列进行计算机处理，实现夯锤外形识别。本发明基于激光测距原理和图像识别技术，实现强夯工程中包括夯锤外形识别、夯锤牵引高度、有效强夯次数统计和夯锤落距等方面的自动监测。有效降低了强夯工程监理人员的劳动强度和出错概率，对于确保强夯工程质量和施工进度具有很强的实用性。
文档编号G01B11/24GK102032896SQ20101051142
公开日2011年4月27日 申请日期2010年10月19日 优先权日2010年10月19日
发明者刘财华, 张鲁渝, 曹定国, 陈小平 申请人:电子科技大学