一种桥梁施工变形监测装置及方法 |
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| 申请号 | CN202410194497.9 | 申请日 | 2024-02-22 | 公开(公告)号 | CN117978973A | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 中冶武勘工程技术有限公司; | 发明人 | 刘仁鹏; 程文; 胡耀平; 刘治栋; 于文庆; 杨力; 向炳兰; 崔铭非; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 水 下探测技术领域，公开了一种 桥梁 施工 变形 监测装置及方法，该桥梁施工变形监测装置，包括水下拍摄设备，水下 机器人 ，罩壳，罩壳为中空筒状结构，罩壳的一端安装于水下拍摄设备的拍摄端外，将水下拍摄设备的拍摄端给包裹住，罩壳远离水下拍摄设备的一端为开放端，罩壳的外壁开设有排污口，且罩壳的开放端端面设有弧面结构，罩壳的内腔形成拍摄通道区域；本发明通过将罩壳分隔为两个区域，一个清水区一个浊水区，两个区域内的水压不断变化，将浊水区内的刮下的桥墩表面的附着物快速从拍摄通道区域内排出后，再使用清水替换浊水，保证整个拍摄通道区域内的清晰度，有利于获得准确又清晰的桥墩表面图像。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种桥梁施工变形监测装置，其特征在于，包括 |
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| 说明书全文 | 一种桥梁施工变形监测装置及方法技术领域背景技术[0002] 为了确保桥梁的正常运行和使用寿命，经常需要对桥梁的各个结构进行监测，桥墩是桥梁的支撑部分，承受着桥梁上方道路和车辆的压力，然而，位于水下的桥墩由于长期受到外界环境和水流的侵蚀，桥墩存在着许多潜在的问题，如混凝土龟裂、腐蚀、冲刷等，这些问题如果不及时发现和修复，可能会导致桥梁的结构损坏和崩塌。 [0003] 在进行水下桥墩检测时，首先需要进行水下侦察，确定桥梁的水下结构和问题部位，然后使用专业的水下摄像设备对桥墩进行全面的检测，通过拍摄图像或实时图像传输，可以清晰地观察到桥墩的情况，通过图像检测桥墩表面的裂缝以及腐蚀情况，确保桥墩的完整性和稳定性。 [0004] 作为实现水下光学检测的重要设备—水下摄像机，由于受水下光照度与浊度的限制，只能进行近距离以及超近距离的光学观测。对于浑浊的水域，由于水中的悬浮介质过多，水下摄像设备的可视距离受到限制，实时传输的图像或拍摄的图像模糊不清，使得水下相关光学检测无法顺利开展，目前现有技术采用了一种将待拍摄区域的桥墩表面与水域中的水隔开的方式，然后再将隔绝的待拍摄区域内的浊水用清水替换掉，以增大水下摄像设备可视距离，来提高摄像设备的监测准确性；但位于水下的桥墩表面由于受到水流的冲刷以及水底生物的滋生，桥墩表面通常会附着很多污泥或者水底生物，而现有技术在用清水替换待拍摄区域内的浊水时，常常会将桥墩表面的附着物给冲下，使附着物充斥在拍摄区域内，致使拍摄到的画面中有许多黑点，导致监测结果不够准确，容易产生误判。 发明内容[0005] 本发明提供一种桥梁施工变形监测装置及方法，解决相关技术中水下桥墩表面的附着物被冲下充斥在观测通道内，造成拍摄设备图像不清晰的技术问题。 [0006] 本发明提供了一种桥梁施工变形监测装置，包括 [0007] 水下拍摄设备，用于拍摄水下桥墩待测位置的图像； [0009] 罩壳，罩壳为中空筒状结构，罩壳的一端安装于水下拍摄设备的拍摄端外，将水下拍摄设备的拍摄端给包裹住，罩壳远离水下拍摄设备的一端为开放端，罩壳的外壁开设有排污口，且罩壳的开放端端面设有弧面结构，该弧面结构与桥墩表面相适配，且罩壳的开放端与桥墩表面配合贴紧，罩壳的内腔形成拍摄通道区域； [0010] 活塞机构，活塞机构活动设于罩壳内，活塞机构包括固定套，固定套滑动设于罩壳的内壁上，固定套将拍摄通道区域分隔为区域一和区域二，区域一靠近水下拍摄设备的拍摄端，区域二远离水下拍摄设备的拍摄端，排污口与区域二对应，罩壳的内部安装有驱动机构一，驱动机构一的输出端与固定套连接，驱动机构一用于驱动固定套沿罩壳的长度方向往复移动； [0011] 清水箱，清水箱中设有清水，清水箱中安装有水泵和水管，水管的输出端与罩壳内部区域一连通，清水箱用于向拍摄通道区域内注入清水以替换掉拍摄通道区域内的浊水； [0012] 罩壳的开口端上安装有清理机构，清理机构包括刮杆，刮杆的输出端与桥墩表面接触，罩壳的开口端上还安装有驱动机构二，驱动机构二驱动刮杆将桥墩表面的附着物刮除； [0013] 固定套的内周侧安装有开合机构，开合机构用于将区域一和区域二切换为连通状态或封闭状态。 [0014] 在一个优选的实施方式中，开合机构包括转盘，转盘转动设于固定套内，转盘的中心贯穿有通孔一，转盘上还开设有多个关于通孔一中心轴线呈阵列分布的弧形孔，转盘靠近水下拍摄设备拍摄端的一侧设有固定盘，且固定盘固定嵌装于固定套的内侧，固定盘的中心贯穿有通孔二，通孔一与通孔二同轴布置，固定盘上还开设有多个关于通孔二中心轴线呈阵列分布的斜线槽，弧形孔与斜线槽一一对应。 [0015] 在一个优选的实施方式中，转盘与固定盘之间安装有多个扇形块，扇形块与弧形孔以及斜线槽均一一对应，扇形块上固定安装有圆柱，圆柱的两端分别滑动设于弧形孔以及斜线槽中，多个扇形块合拢时，将通孔一与通孔二封堵，使区域一和区域二为封闭状态，多个扇形块分开时，将通孔一与通孔二打开，使区域一和区域二为连通状态。 [0016] 在一个优选的实施方式中，开合机构还包括液压伸缩杆，液压伸缩杆的固定端与固定套铰接，液压伸缩杆的伸缩端与转盘铰接，液压伸缩杆用于驱动转盘在固定套内自转，将区域一和区域二切换为连通状态或封闭状态。 [0018] 在一个优选的实施方式中，转盘远离水下拍摄设备拍摄端的表面设置有吸附层，吸附层用于吸附区域二内的浊水中的悬浮物。 [0019] 在一个优选的实施方式中，清理机构还包括夹块，罩壳的开放端端口为矩形，夹块安装于刮杆的两侧，驱动机构二的输出端与夹块固定连接。 [0020] 在一个优选的实施方式中，水下机器人上安装有水压补偿机构，水压补偿机构包括箱体，箱体安装于水下机器人上，箱体上贯穿有开口，箱体内安装有补充水箱，补充水箱内填充有清水，补充水箱连通有补偿胶囊，补充水箱的输出端连接有硬管，硬管远离补充水箱的端部延伸至区域一内。 [0022] 一种桥梁施工变形监测装置的监测方法，包括以下步骤： [0023] 步骤一、基于预先确定的指定位置，水下机器人带动水下拍摄设备运动指定位置，并使罩壳与指定位置的桥墩表面配合贴附； [0024] 步骤二、基于清理机构的上下往复运动，将位于罩壳内的桥墩表面上的附着物清理干净； [0025] 步骤三、基于活塞机构在罩壳内的往复运动，清水箱向区域二内泵入清水，提高区域二内水的清晰度，并将区域二内刮下的桥墩表面的附着物排出； [0026] 步骤四、区域一与区域二连通，区域一内的清水替换掉区域二内的浊水，基于水下拍摄设备，拍摄对应的桥墩表面图像，基于桥墩表面图像，获得桥墩表面对应的缺陷结果。 [0027] 本发明的有益效果在于：本发明通过将罩壳分隔为两个区域，一个清水区一个浊水区，两个区域内的水压不断变化，将浊水区内的刮下的桥墩表面的附着物快速从拍摄通道区域内排出后，再使用清水替换浊水，保证整个拍摄通道区域内的清晰度，有利于获得准确又清晰的桥墩表面图像，基于清晰图像获得的分析结果更加准确，提高了监测结果的质量。附图说明 [0028] 图1是本发明的监测装置的外观示意图。 [0029] 图2是本发明监测装置监测桥墩表面的正视结构示意图。 [0030] 图3是本发明监测装置监测桥墩表面的俯视结构示意图。 [0031] 图4是本发明活塞机构的立体结构示意图。 [0032] 图5是本发明活塞机构封闭状态下的正视结构示意图。 [0033] 图6是本发明活塞机构打开状态下的正视结构示意图。 [0034] 图7是本发明活塞机构的爆炸图。 [0035] 图8是本发明单个扇形块的结构示意图。 [0036] 图9是本发明清理机构的立体结构示意图。 [0037] 图10是本发明清理机构的正视结构示意图。 [0038] 图11是本发明水压补偿机构的结构示意图。 [0039] 图12是本发明的监测方法的流程图。 [0040] 图中：1、罩壳；11、排污口；2、活塞机构；21、固定套；211、液压伸缩杆；22、转盘；23、通孔一；24、弧形孔；25、扇形块；251、配合孔；252、弹簧；26、吸附块；27、圆柱；28、固定盘；281、通孔二；29、斜线槽；3、清理机构；31、夹块；32、刮杆；4、驱动机构一；5、驱动机构二；6、信号传输线；100、水下机器人；200、水下拍摄设备；210、摄像机；300、水压补偿机构；310、箱体；320、补偿胶囊；330、清水箱；340、硬管。 具体实施方式[0041] 现在将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。另外，相对一些示例所描述的特征在其他例子中也可以进行组合。 [0042] 如图1‑图11所示，一种桥梁施工变形监测装置，其特征在于，包括 [0043] 水下拍摄设备200，用于拍摄水下桥墩待测位置的图像； [0044] 水下机器人100，用于携带水下拍摄设备200移动到指定位置，水下拍摄设备200安装于水下机器人100上，指定位置为预先确定的水下桥墩表面的缺陷位置； [0045] 罩壳1，罩壳1为中空筒状结构，罩壳1的一端安装于水下拍摄设备200的拍摄端外，将水下拍摄设备200的拍摄端给包裹住，罩壳1远离水下拍摄设备200的一端为开放端，罩壳1的外壁开设有排污口11，且罩壳1的开放端端面设有弧面结构，该弧面结构与桥墩表面相适配，且罩壳1的开放端与桥墩表面配合贴紧，罩壳1的内腔形成拍摄通道区域； [0046] 清水箱，清水箱中设有清水，清水箱中安装有水泵和水管，水管的输出端与罩壳1内部连通，清水箱用于向拍摄通道区域内注入清水以替换掉拍摄通道区域内的浊水； [0047] 活塞机构2，活塞机构2活动设于罩壳1内，活塞机构2包括固定套21，固定套21滑动设于罩壳1的内壁上，固定套21将拍摄通道区域分隔为区域一和区域二，区域一靠近水下拍摄设备200的拍摄端，区域二远离水下拍摄设备200的拍摄端，排污口11与区域二对应，罩壳1的内部安装有驱动机构一4，驱动机构一4的输出端与固定套21连接，驱动机构一4用于驱动固定套21沿罩壳1的长度方向往复移动； [0048] 罩壳1的开口端上安装有清理机构3，清理机构包括刮杆31，刮杆31的输出端与桥墩表面接触，罩壳1的开口端上还安装有驱动机构二5，驱动机构二5驱动刮杆31将桥墩表面的附着物刮除； [0049] 固定套21的内周侧安装有开合机构，开合机构用于将区域一和区域二切换为连通状态或封闭状态。 [0050] 需要说明的是，水下机器人100可基于实际需求进行选择，以能够保证水下拍摄设备200在水中能够平稳与桥墩表面配合为主要标准；指定位置由在本发明监测装置使用之前，由检修人员确定的需要拍摄取证或进一步判断桥墩表面损伤的区域，因此本发明监测装置只需要能够运动到该区域进行拍照取证即可。 [0051] 需要进一步说明的是，清水箱可以安装于水下机器人100上，也可以采用水管与岸上的清水源连通，用以为罩壳1内源源不断地提供清水；驱动机构一4可以为任意地直线驱动机构，在本实施例中，优选采用液压驱动的伸缩方式，以实现活塞机构2的快速往复运动；驱动机构5也可以为任意地直线驱动机构，在本实施例中，优选采用丝杆驱动装置和液压驱动的伸缩方式。 [0052] 在本实施例中，实施场景具体为：基于预先确定的桥墩待监测位置，控制水下机器人100移动到相应位置，并通过水下机器人100的移动调位，使罩壳1与桥墩表面的待监测位置贴合，当贴合完成后，启动驱动机构二5，控制刮杆32上下移动，将桥墩表面的附着物刮下，刮下的附着物充斥在区域二内，被活塞机构2隔开(此时开合机构为封闭状态)，清水箱内的水泵和水管，源源不断地将清水泵入到区域一中，并使区域一内的水压始终维持在一个范围内(当水压高于该范围，水泵控制输入到区域一内的流速减小，当水压低于该范围，水泵控制输入到区域一内的流速增加)，然后，启动驱动机构一4，驱使活塞机构2沿罩壳1长度方向往复运动，当活塞机构2向左移动时(以图2和图3位置关系进行描述)，区域一内的水压增大，区域二内的水压减小，罩壳1外部的水就会通过排污口11进入到区域二内，稀释区域二内的浊水程度，接着活塞机构2左移到极限位置后，活塞机构2开始右移，在右移过程中，区域一内的水压减小，区域二内的水压增大，区域二内的浊水从排污口11中被排出到罩壳1外，通过往复几次，使区域二内的水的清晰程度逐渐与外部水域中的清晰程度差不多，接着，当某次活塞机构2运动到最右侧极限位置(活塞机构2运动到最右侧时，活塞机构2的右侧与排污口11的左侧处于同一平面)时，开合机构转换为连通状态，此时区域一和区域二内清水以及与外部水域中清晰程度相同的水混合在一起，使拍摄通道区域内的清晰度大大增加，进而控制水下拍摄设备200拍摄清理后的桥墩表面的缺陷位置图像，经过信号传输线6输送到岸上的监测系统中进行存储和图片AI分析。 [0053] 开合机构包括转盘22，转盘22转动设于固定套21内，转盘22的中心贯穿有通孔一23，转盘22上还开设有多个关于通孔一23中心轴线呈阵列分布的弧形孔24，转盘22靠近水下拍摄设备200拍摄端的一侧设有固定盘28，且固定盘28固定嵌装于固定套21的内侧，固定盘28的中心贯穿有通孔二281，通孔一23与通孔二281同轴布置，固定盘28上还开设有多个关于通孔二281中心轴线呈阵列分布的斜线槽29，弧形孔24与斜线槽29一一对应。 [0054] 转盘22与固定盘28之间安装有多个扇形块25，扇形块25与弧形孔24以及斜线槽29均一一对应，扇形块25上固定安装有圆柱27，圆柱27的两端分别滑动设于弧形孔24以及斜线槽29中，多个扇形块25合拢时，将通孔一23与通孔二281封堵，使区域一和区域二为封闭状态，多个扇形块25分开时，将通孔一23与通孔二281打开，使区域一和区域二为连通状态。 [0055] 开合机构还包括液压伸缩杆211，液压伸缩杆211的固定端与固定套21铰接，液压伸缩杆211的伸缩端与转盘22铰接，液压伸缩杆211用于驱动转盘22在固定套21内自转，将区域一和区域二切换为连通状态或封闭状态。 [0056] 扇形块25上远离水下拍摄设备200拍摄端的一侧开设有配合孔251，配合孔251内活动安装有吸附块26，吸附块26与配合孔251之间连接有弹簧252。 [0057] 需要说明的是，在活塞机构2向左运动时，区域一内的水压增大，当水压大于弹簧252的弹力时，吸附块26就行被打开，并且由于活塞机构2向左运动，区域一内的清水能够从配合孔251中进入到区域二内，便于快速提高区域二中浊水的清晰度；反之，在活塞机构2向右运动时，区域二内的水压增大，此过程中吸附块26被紧紧地吸附在配合孔251中，避免区域二内的浊水污染区域一内的清水。 [0058] 转盘22远离水下拍摄设备200拍摄端的表面设置有吸附层，吸附层用于吸附区域二内的浊水中的悬浮物。 [0059] 需要说明的是，吸附层可以采用一些凹凸结构，增加吸附层的表面积，便于吸附更多的悬浮物。 [0060] 清理机构3还包括夹块31，罩壳1的开放端端口为矩形，夹块31安装于刮杆32的两侧，驱动机构二5的输出端与夹块31固定连接。 [0061] 需要说明的是，矩形的开放端端口，便于清理机构3的安装和运动。 [0062] 水下机器人100上安装有水压补偿机构300，水压补偿机构300包括箱体310，箱体310安装于水下机器人100上，箱体310上贯穿有开口，箱体310内安装有补充水箱330，补充水箱330内填充有清水，补充水箱330连通有补偿胶囊320，补充水箱330的输出端连接有硬管340，硬管340远离补充水箱330的端部延伸至区域一内。 [0063] 需要说明的是，当本发明监测装置在水下的深度变化时，水从箱体310的顶部开口进入，水压作用于补偿胶囊320上，压缩补偿胶囊320，将对应压力体积的补充水箱330中的清水压入到区域一，以补充区域一内的水压，使区域一内的水压始终高于区域二内的水压(区域一中的水压为对应深度的水压以及清水箱泵机所输出的水压之和，区域二中的水压为对应深度的水压)，进而便于区域一内的清水能够始终流向区域二中，并且在不同深度的水底，区域一中的清水进入到区域二中的清水流速和流量均相同，有利于保证在不同深度，使用清水替换浊水的一致程度，解决了由于深度变化导致的区域一和区域二压差的变化，进而无法在标准时间内，完成对任意深度的检测区域的浊水进行快速替换的技术问题，若延长替换时间，则又会降低本发明监测效率的技术问题。 [0064] 水下拍摄设备200包括摄像机210、防水箱和光源，防水箱安装于水下机器人100上，摄像机安装于防水箱内，光源嵌装于罩壳1的内壁上，用于照亮拍摄通道区域。 [0065] 参照图12，在本发明的一个实施例中，还提供了一种桥梁施工变形监测装置的监测方法，包括以下步骤： [0066] 步骤一、基于预先确定的指定位置，水下机器人100带动水下拍摄设备200运动指定位置，并使罩壳1与指定位置的桥墩表面配合贴附； [0067] 步骤二、基于清理机构3的上下往复运动，将位于罩壳1内的桥墩表面上的附着物清理干净； [0068] 步骤三、基于活塞机构2在罩壳1内的往复运动，清水箱向区域二内泵入清水，提高区域二内水的清晰度，并将区域二内刮下的桥墩表面的附着物排出； [0069] 步骤四、区域一与区域二连通，区域一内的清水替换掉区域二内的浊水，基于水下拍摄设备200，拍摄对应的桥墩表面图像，基于桥墩表面图像，获得桥墩表面对应的缺陷结果。 [0070] 上面对本实施例的实施例进行了描述，但是本实施例并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实施例的启示下，还可做出很多形式，均属于本实施例的保护之内。 |
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