一种快速非接触打桩监控装置及方法与流程

本发明涉及计算机视觉测量设备，尤其涉及一种快速非接触打桩监控装置及方法。

背景技术：

1、桩基具有承载力大、沉降小等优势，在沉桩施工中，桩基的有关参数监测（如沉降量、垂直度、贯入度、回弹量、承载力等）是保障施工质量的重要环节，例如，沉降量和垂直度是打桩监测的基础必要数据，贯入度可用于作为收锤的核心判据，回弹量可用于分析锤击的能量传递，承载力则既可以用于施工时的趋势预警，亦可以承担收锤判断等任务，也可以作为后续完整施工报告的分析依据。然而，目前针对打桩参数的监测方法均存在步骤繁琐问题。

2、具体来说，传统监测方法多为人为接触测量，如采用丁字尺划线、钢尺量距，或在桩身贴标尺刻度、水准仪读数，不仅存在人工误差，还因需工人在重锤击打下操作，存在安全隐患。部分改进检测方法：如使用全站仪测量、在锤击桩基起落架顶端安装激光测距仪；高应变动测法，通过加速度传感器数据积分求贯入度，虽有一定进步，但是均需要进行设备与传感器的复杂的安装布置工作。此外，传统监测方法一般由互成直角的两名测量人员配备两台全站仪全程观测，并在桩身或桩锤上标记刻度来实施垂直度测量，现有的一些垂直度测量新方法大多需要打桩机中高桩架的配合，并不适用于较为简易的吊打沉桩工艺。更为关键的是，现有的打桩监控方法往往只能单一地对某个参数进行测量，无法同时满足多项重要参数的同步监测需求，且需要停机等待人工打孔装拆传感器，检测效率低下。

3、因此，人们需要一种高效快速地对桩基进行监测的打桩监测方案。

技术实现思路

1、因此，本发明提供一种快速非接触打桩监控装置及方法，用以解决现有技术中打桩监测效率低下的问题。

2、本发明提供了一种快速非接触打桩监控装置，包括标识码和监控设备，其中标识码用于固定在桩基上，标识码上的图案包括多边形编码阵列，监控设备包括：

3、监测模块，用于采集打桩时的实时数据，实时数据包括打桩图像，打桩图像包括桩基以及桩基上的标识码；

4、分析模块，用于根据实时数据，基于打桩图像中标识码的多边形编码阵列，得到打桩监测数据。

5、在一个优选的方案中：打桩监测数据包括桩基实时的沉降量和垂直度；根据实时数据，基于打桩图像中标识码的多边形编码阵列，得到打桩监测数据，包括：

6、根据实时数据，基于对打桩图像中标识码的多边形编码阵列进行解码，得到桩基的沉降量和垂直度。

7、在一个优选的方案中：根据实时数据，基于打桩图像中标识码的多边形编码阵列，得到打桩监测数据，还包括：

8、根据沉降量，得到桩基下降的速度和加速度；

9、基于速度和预设速度阈值、加速度和预设加速度阈值的比较，判断实时数据是否为有效锤击数据，有效锤击数据表示实时数据为一次有效锤击动作过程中所对应的数据；

10、根据有效锤击数据，得到打桩监测数据。

11、在一个优选的方案中：打桩监测数据还包括贯入度、回弹量和承载力；根据有效锤击数据，得到打桩监测数据，包括：

12、获取连续的有效锤击数据的起始时间，作为一次锤击的起始时间；

13、在基于起始时间的预设时间窗口内统计沉降量的最大值，得到该次锤击的最大沉降量，其中预设时间窗口的开始时间早于起始时间；

14、根据基于起始时间的预设时间窗口中最大沉降量以后的沉降量，得到该次锤击的有效沉降量；

15、根据该次锤击和前一次锤击的有效沉降量之差，得到该次锤击的贯入度；

16、根据该次锤击的最大沉降量和有效沉降量之差，得到该次锤击的回弹量；

17、根据该次锤击的贯入度和回弹量，基于海利公式得到该次锤击的承载力。

18、在一个优选的方案中：根据有效锤击数据，得到打桩监测数据，还包括：

19、获取连续两次锤击的起始时间的时间间隔，作为第一参考窗口；

20、获取连续两次锤击的最大沉降量所对应的数据采集时刻的时间间隔对应的时间间隔，作为第二参考窗口；

21、根据第一参考窗口和第二参考窗口，修正预设时间窗口。

22、在一个优选的方案中：根据基于起始时间的预设时间窗口中最大沉降量以后的沉降量，得到该次锤击的有效沉降量，包括：取基于起始时间的预设时间窗口中最末端的沉降量的数值，作为该次锤击的有效沉降量；根据第一参考窗口和第二参考窗口，修正预设时间窗口，包括：取第一参考窗口、第二参考窗口和预设时间窗口的平均值，得到修正后的预设时间窗口。

23、在一个优选的方案中：标识码的数量为至少两个，不同标识码上的图案不同，至少两个标识码在桩基上垂直排布；根据实时数据，基于对打桩图像中标识码的多边形编码阵列进行解码，得到桩基的沉降量和垂直度，包括：

24、获取同一打桩图像中多个标识码的中心位置差，并根据中心位置差得到第一垂直特征；

25、根据标识码中多边形编码阵列的透视形变，得到第二垂直特征；

26、比较第一垂直特征和第二垂直特征的一致性，判断是否需要修正相机外参。

27、在一个优选的方案中：根据实时数据，基于对打桩图像中标识码的多边形编码阵列进行解码，得到桩基的沉降量和垂直度，还包括：

28、若需要修正相机外参，则基于打桩图像识别出桩基；

29、根据桩基与标识码的几何先验值，修正相机外参。

30、在一个优选的方案中：标识码表面设置有红外反光材料；监控设备包括设备端和显示端，其中，设备端包括相连接的三脚架、二维云台以及设置于二维云台上的工控机、红外镜头、电池、无线路由器、角度传感器、工业相机及红外光源，监测模块和分析模块均位于工控机中；显示端用于同步呈现实时数据和打桩监测数据。

31、在一个优选的方案中：工控机内设置有动态缓存单元和本地存储单元，实时数据存储于动态缓存单元中，有效锤击数据存储于本地存储单元中。

32、本发明还提供一种快速非接触打桩监控方法，应用于上述任一项所述的快速非接触打桩监控装置，该方法包括：

33、采集打桩时的实时数据，实时数据包括打桩图像，打桩图像包括桩基以及桩基上的标识码；

34、根据实时数据，基于打桩图像中标识码的多边形编码阵列，得到打桩监测数据。

35、采用上述方案的有益效果是：

36、本发明提供一种快速非接触打桩监控装置，包括标识码和监控设备，其中标识码用于固定在桩基上，标识码上的图案包括多边形编码阵列，监控设备包括监测模块，用于采集打桩时的实时数据，实时数据包括打桩图像，打桩图像包括桩基以及桩基上的标识码；分析模块，用于根据实时数据，基于打桩图像中标识码的多边形编码阵列，得到打桩监测数据。本发明通过标识码的设置，使得监控设备能识别出打桩时桩基的位置变化，并且通过标识码上多边形编码阵列的透视形变，监控设备也能够识别出桩基的姿态变化，这样本装置能够同时监测多种打桩参数，且发明无需复杂的操作，除固定标识码外无需进行复杂的布置安装工作，打桩时也无需多个工作人员配合，解决了现有技术中打桩监测效率低下的问题。