CN113689416A - 一种基于微波成像的建筑幕墙安全无损检测成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于微波成像的建筑幕墙安全无损检测成像方法，包括如下步骤：对不同工况下的缺陷幕墙及新建幕墙分别进行成像，提取各类缺陷的成像特征，作为缺陷的识别要素建立特征图库；设置检测设备及搭载设备，并确认起始采集位置；对待检测幕墙进行全面扫描检测来实现微波成像；识别微波成像结果并与特征图库中的数据进行比对，将存在相同特征的工况进行标记并明确缺陷类型，提醒负责人进一步观察确认；确认缺陷位置并结合缺陷类型，根据图纸、标准及特征图库的符合情况记录缺陷位置、类型及不符合情况。本发明实现在不对幕墙原有结构产生损伤的前提下完成全面扫描检测，避免抽样检查带来的偶然性因素，检测更加精准，检测效果好。
Description
技术领域
本发明涉及建筑幕墙无损检测技术领域，尤其涉及一种基于微波成像的建筑幕墙安全无损检测成像方法。
背景技术
建筑幕墙是建筑的***护结构或装饰性结构，按面板材料可分为玻璃幕墙、铝板幕墙、石材幕墙及人造板幕墙等，因其美观、可设计性强的特点，自1983年引入国内后开始迅速发展，至今已逾15亿平方米，存量巨大，同时在1996年开始，我国才逐渐发布幕墙相关标准，在这之前建设的幕墙缺乏统一标准要求。按照《建筑结构设计可靠性统一标准》GB50068-2018、《玻璃幕墙工程技术规范》JG102-2003等规定，幕墙设计许用年限为25年，也就是说，早期的幕墙已超过需用年限，且存量逐年增大。随着人民生活的逐步改善，对建筑幕墙的要求也越来越高，但由于诸如结构胶老化、金属件锈蚀及面板脱落等原因造成的幕墙安全事故频发，为人民的安全生活带来严重威胁。
目前，针对既有幕墙安全检查的主流检测方法主要通过有经验的专家以目视、手试和小型工具检测等进行评价，受人为因素影响较大；另外，结构胶粘结强度、龙骨锈蚀、挂件安装情况、石材安装牢固性等检测据需拆除板块进行抽检，存在偶然性，且容易造成二次损害或破坏原有结构；也就是说，现有技术暂无高效易行的幕墙无损检测方法。因此，有必要提供一种基于微波成像的建筑幕墙安全无损检测成像方法，用于既有幕墙不可见部位金属构件锈蚀程度、骨架变形程度、结构胶老化程度等检测，以解决现有技术存在的部分缺陷。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的部分或全部不足，提供一种基于微波成像的建筑幕墙安全无损检测成像方法。
本发明的技术方案如下：
一种基于微波成像的建筑幕墙安全无损检测成像方法，包括如下步骤：
S1，通过微波成像设备对不同工况下的缺陷幕墙及新建幕墙分别进行成像，对比提取各类缺陷的成像特征作为缺陷的识别要素建立特征图库；
S2，设置检测设备及用于牵引所述检测设备水平运动及垂直运动的搭载设备并确认起始采集位置；
S3，设定检测参数并对待检测幕墙进行全面扫描检测完成微波成像；
S4，识别微波成像结果并与特征图库中的数据进行比对，将存在相同特征的工况进行标记并明确缺陷类型，提醒负责人进一步观察确认；
S5，确认缺陷位置并结合步骤S4中的缺陷类型，根据图纸、标准及特征图库的符合情况记录缺陷位置、类型及不符合情况。
进一步地，所述步骤S1的具体实现方式为：首先，通过所述微波成像设备对预先设置的包含不同缺陷类型的缺陷幕墙进行成像，并提取缺陷部位图像作为缺陷信号；然后，通过所述微波成像设备对预先设置的包含与所述缺陷幕墙的结构类型相同的新建幕墙进行成像，并提取与所述缺陷幕墙的缺陷部位结构相同的无缺陷位置图像作为参考信号；最后，将不同工况的缺陷信号与参考信号以及成像图像分别导入上位机，通过所述上位机对导入的缺陷信号、参考信号、成像图像进行比对并提取回波信号变化特征及成像特征作为缺陷的识别要素来建立特征图库。
进一步地，所述步骤S1进一步通过所述上位机对导入的缺陷信号与参考信号进行信号的变化比对及成像不同的比对，并以深度学习的方式提取同种缺陷反复出现的相应特征与现场实际样板像对比识别并标记存在相同特征的位置，记录不同工况缺陷成像特征形成特征图库。
进一步地，所述步骤S2的具体实现方式为：将所述检测设备与所述搭载设备连接，再将所述检测设备与所述搭载设备连接后的整体架设在待检测幕墙的楼顶，并以所述检测设备的设置点作为起始采集位置。
进一步地，所述搭载设备包括水平运动机构和置于水平运动机构上的垂直运动机构；所述水平运动机构和垂直运动机构均采用带有编码器的电机驱动，所述水平运动机构可移动安放在待检测幕墙的楼顶，所述垂直运动机构固定在所述水平运动机构上，所述检测设备与所述垂直运动机构连接；检测时通过所述编码器记录所述电机的运转角度及圈数来确认图像采集位置距离起始采集位置的水平、垂直距离。
进一步地，所述步骤S3的具体实现方式为：按照待检测幕墙的实际情况设定包含单侧重叠率、水平步进间距、及垂直方向移动速度在内的检测参数，通过所述搭载设备根据设定的垂直方向移动速度牵引所述检测设备垂直运动，使所述检测设备进行对待检测幕墙的竖向待检测区域的扫描检测，再通过所述搭载设备根据设定的水平步进间距牵引所述检测设备水平运动进行检测位置的更换以实现对待检测幕墙的全面扫描检测来完成微波成像。
进一步地，步骤S3所述的微波成像的具体实现方式为：通过检测设备的控制单元控制检测设备的发射天线按设定模式向待检测幕墙发射微波，再通过检测设备的接收天线接收经不同工况结构反射后的包含幅值、相位信息的回波信号，并通过检测设备的无线传输模块将回波信号传输至上位机，由上位机通过合成孔径雷达成像方式处理回波信号形成灰度图像，完成微波成像。
进一步地，所述步骤S4的具体实现方式为：上位机根据步骤S3的微波成像结果自动识别并提取不同工况位置图像，将图像与特征图库中同种工况进行比对来识别是否存在相同成像特征，再将匹配度高的特征进行标记来确认缺陷类型，并提醒负责人进一步观察确认。
进一步地，所述步骤S5的具体实现方式为：根据图像采集位置距离起始采集位置的水平、垂直距离确认缺陷位置，结合步骤S4中确认的缺陷类型，找到相应图纸及相关要求的标准，根据找到的图纸及标准描述缺陷位置、缺陷类型与特征图库、图纸、标准的符合情况，记录缺陷位置、类型及不符合情况。
采用上述方案，本发明具有以下有益效果：
1、仅与幕墙表面有部分接触，实现在不对幕墙原有结构产生损伤的前提下完成全面扫描检测，避免抽样检查带来的偶然性因素，检测更加精准，检测效果好；
2、通过成像的方式直观的展示现有幕墙缺陷，并通过机器深度学习的方式识别缺陷，降低检测对人员专业能力的要求；
3、减少人员高空操作，预设路径后可以实现半自动化检测，提高人员安全性，丰富了既有幕墙的检测手段，增大既有幕墙的应用安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种基于微波成像的建筑幕墙安全无损检测成像方法的步骤流程图；
图2为本发明一实施例提供的一种基于微波成像的建筑幕墙安全无损检测成像方法的现场测试示意图；
图3为本发明一实施例提供的一种基于微波成像的建筑幕墙安全无损检测成像方法的设备布置图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
参照图1至图3所示，本发明提供一种基于微波成像的建筑幕墙安全无损检测成像方法，该方法基于幕墙材料、分布位置及各材料对微波反射吸收系数不同的原理进行无损检测，通过外部发射低频段微波，同侧接收穿透面板、密封胶等碰到金属后的反射信号，分析成像后直观的展示并标记相关缺陷，包括如下步骤：
S1，通过微波成像设备对不同工况下的缺陷幕墙及新建幕墙分别进行成像，对比提取各类缺陷的成像特征作为缺陷的识别要素建立特征图库；进一步地，所述步骤S1的具体实现方式为：首先，通过所述微波成像设备对预先设置的包含不同缺陷类型（即不同工况）的缺陷幕墙进行成像以完成对不同形式的幕墙挂件脱挂、结构胶老化***、金属锈蚀等缺陷的成像操作，并提取缺陷部位图像作为缺陷信号；然后，通过所述微波成像设备对预先设置的包含与所述缺陷幕墙的结构类型相同的新建幕墙进行成像，并提取与所述缺陷幕墙的缺陷部位结构相同的无缺陷位置图像作为参考信号；最后，将不同工况的缺陷信号与参考信号以及成像图像（成像图像为通过微波成像设备对幕墙进行成像形成的图像）分别导入上位机5，该上位机5可以为计算机，再通过所述上位机5对导入的缺陷信号、参考信号、成像图像进行比对并提取回波信号变化特征及成像特征作为缺陷的识别要素来建立特征图库，从而完成特征图库的建立工作，为后续检测提供数据参考；更为具体的，所述步骤S1是通过所述上位机5对导入的缺陷信号与参考信号进行信号的变化比对及成像不同的比对，并以深度学习的方式提取同种缺陷反复出现的相应特征与现场实际样板（现场实际样板包括缺陷幕墙、新建幕墙）成像对比识别并标记存在相同特征的位置，记录不同工况缺陷成像特征形成特征图库；值得一提的是，如条件不允许时，为方便起见，可将相同工况位置进行对比，提取存在独特成像特征位置的图像并进行标识，且人工识别亦可；
S2，设置检测设备1及用于牵引所述检测设备1水平运动及垂直运动的搭载设备2并确认起始采集位置；进一步地，所述步骤S2的具体实现方式为：将所述检测设备1与用于牵引所述检测设备1水平运动及垂直运动的搭载设备2连接，再将所述检测设备1与所述搭载设备2连接后的整体架设在待检测幕墙3的楼顶，为确保安全性，在所述搭载设备2上设置配重块来平衡重量，并以检测设备1基于搭载设备2的初始设置点确认的设置点作为起始采集位置，从而实现对起始采集位置的确认；其中，步骤S2所述的搭载设备2包括水平运动机构和置于水平运动机构上的垂直运动机构，所述水平运动机构优选为电机驱动的移动平台，所述垂直运动机构优选为电机驱动的吊索机构，所述检测设备1优选为低频微波成像设备，即所述移动平台可移动安放在待检测幕墙3的楼顶，所述吊索机构固定在所述移动平台上，所述检测设备1与所述吊索机构的吊索连接，检测时通过所述吊索机构牵引所述检测设备1垂直运动，并通过所述移动平台牵引所述吊索机构水平移动，且所述检测设备1随所述吊索机构水平移动而做同向运动，从而检测设备1能够实现水平运动及垂直运动（即为上下升降），进而检测设备1能够对待检测幕墙3进行全面扫描检测；更为具体的，所述移动平台和吊索机构的电机均带有编码器，即所述水平运动机构和垂直运动机构均采用带有编码器的电机驱动，实际检测时将图像采集位置距离起始采集位置的水平间距方向及高度位置方向为坐标轴建立坐标系，并通过编码器记录电机运转角度及圈数来确认图像采集位置距离起始采集位置的水平、垂直距离（也即检测设备1距离起始采集位置的水平、垂直距离），从而能够获得成像所对应幕墙的区域位置，方便进行缺陷位置反馈；
S3，设定检测参数并对待检测幕墙3进行全面扫描检测完成微波成像；进一步地，所述步骤S3的具体实现方式为：按照待检测幕墙3的实际情况设定包含单侧重叠率、水平步进间距、及垂直方向移动速度（垂直方向移动速度即为吊索机构牵引检测设备1上下升降时的运行速度）在内的检测参数，通过所述搭载设备2根据设定的垂直方向移动速度牵引所述检测设备1垂直运动，使所述检测设备1进行对待检测幕墙3的竖向待检测区域4的扫描检测，再通过所述搭载设备2根据设定的水平步进间距牵引所述检测设备1水平运动进行检测位置的更换，从而使检测设备1进行平行于待检测幕墙3的墙面的二维运动，进而实现对待检测幕墙3的全面扫描检测来完成整片幕墙的微波成像；更为具体的，步骤S3所述的微波成像的具体实现方式为：由于检测设备1的发射天线与接收天线两排平行分布且单侧对准待检测幕墙3，通过检测设备1的控制单元控制检测设备1的发射天线按设定模式向待检测幕墙3发射微波，再通过检测设备1的接收天线接收经不同工况结构反射后的包含幅值、相位信息的回波信号，并通过检测设备1的无线传输模块将回波信号传输至上位机5，由上位机5通过合成孔径雷达成像方式处理回波信号形成灰度图像，完成微波成像；作为一种较佳实施例，设定单侧重叠率≥10%，设定水平步进间距为0.9m，设定垂直方向移动速度为1m/s，那么，通过搭载设备2的垂直运动使检测设备1完成宽度为1m的待检测幕墙3的竖向待检测区域4的扫描检测，再通过搭载设备2的水平运动使检测设备1更换检测位置，如此操作，即可实现检测设备1对幕墙的全面扫描检测，再配合上位机5的操作即可实现微波成像；
S4，识别微波成像结果并与特征图库中的数据进行比对，将存在相同特征的工况进行标记并明确缺陷类型，提醒负责人进一步观察确认；进一步地，所述步骤S4的具体实现方式为：上位机5根据步骤S3的微波成像结果自动识别并提取不同工况位置图像，将图像与特征图库中同种工况进行比对来识别是否存在相同成像特征，再将匹配度高的特征进行标记来确认缺陷类型，并提醒负责人进一步观察确认；
S5，确认缺陷位置并结合步骤S4中的缺陷类型，根据图纸、标准及特征图库的符合情况记录缺陷位置、类型及不符合情况；进一步地，所述步骤S5的具体实现方式为：根据图像采集位置距离起始采集位置的水平、垂直距离确认缺陷位置，结合步骤S4中确认的缺陷类型，找到相应图纸及相关要求的标准，根据找到的图纸及标准描述缺陷位置、缺陷类型与特征图库、图纸、标准的符合情况，记录缺陷位置、类型及不符合情况，从而能够为维护及缺陷判定提供依据。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、仅与幕墙表面有部分接触，实现在不对幕墙原有结构产生损伤的前提下完成全面扫描检测，避免抽样检查带来的偶然性因素，检测更加精准，检测效果好；
2、通过成像的方式直观的展示现有幕墙缺陷，并通过机器深度学习的方式识别缺陷，降低检测对人员专业能力的要求；
3、减少人员高空操作，预设路径后可以实现半自动化检测，提高人员安全性，丰富了既有幕墙的检测手段，增大既有幕墙的应用安全性。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于微波成像的建筑幕墙安全无损检测成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，通过微波成像设备对不同工况下的缺陷幕墙及新建幕墙分别进行成像，对比提取各类缺陷的成像特征作为缺陷的识别要素建立特征图库；
S2，设置检测设备及用于牵引所述检测设备水平运动及垂直运动的搭载设备并确认起始采集位置；
S3，设定检测参数并对待检测幕墙进行全面扫描检测完成微波成像；
S4，识别微波成像结果并与特征图库中的数据进行比对，将存在相同特征的工况进行标记并明确缺陷类型，提醒负责人进一步观察确认；
S5，确认缺陷位置并结合步骤S4中的缺陷类型，根据图纸、标准及特征图库的符合情况记录缺陷位置、类型及不符合情况。
2.根据权利要求1所述的基于微波成像的建筑幕墙安全无损检测成像方法，其特征在于，所述步骤S1的具体实现方式为：首先，通过所述微波成像设备对预先设置的包含不同缺陷类型的缺陷幕墙进行成像，并提取缺陷部位图像作为缺陷信号；然后，通过所述微波成像设备对预先设置的包含与所述缺陷幕墙的结构类型相同的新建幕墙进行成像，并提取与所述缺陷幕墙的缺陷部位结构相同的无缺陷位置图像作为参考信号；最后，将不同工况的缺陷信号与参考信号以及成像图像分别导入上位机，通过所述上位机对导入的缺陷信号、参考信号、成像图像进行比对并提取回波信号变化特征及成像特征作为缺陷的识别要素来建立特征图库。
3.根据权利要求2所述的基于微波成像的建筑幕墙安全无损检测成像方法，其特征在于，所述步骤S1进一步通过所述上位机对导入的缺陷信号与参考信号进行信号的变化比对及成像不同的比对，并以深度学习的方式提取同种缺陷反复出现的相应特征与现场实际样板像对比识别并标记存在相同特征的位置，记录不同工况缺陷成像特征形成特征图库。
4.根据权利要求1所述的基于微波成像的建筑幕墙安全无损检测成像方法，其特征在于，所述步骤S2的具体实现方式为：将所述检测设备与所述搭载设备连接，再将所述检测设备与所述搭载设备连接后的整体架设在待检测幕墙的楼顶，并以所述检测设备的设置点作为起始采集位置。
5.根据权利要求4所述的基于微波成像的建筑幕墙安全无损检测成像方法，其特征在于，所述搭载设备包括水平运动机构和置于水平运动机构上的垂直运动机构；所述水平运动机构和垂直运动机构均采用带有编码器的电机驱动，所述水平运动机构可移动安放在待检测幕墙的楼顶，所述垂直运动机构固定在所述水平运动机构上，所述检测设备与所述垂直运动机构连接；检测时通过所述编码器记录所述电机的运转角度及圈数来确认图像采集位置距离起始采集位置的水平、垂直距离。
6.根据权利要求1所述的基于微波成像的建筑幕墙安全无损检测成像方法，其特征在于，所述步骤S3的具体实现方式为：按照待检测幕墙的实际情况设定包含单侧重叠率、水平步进间距、及垂直方向移动速度在内的检测参数，通过所述搭载设备根据设定的垂直方向移动速度牵引所述检测设备垂直运动，使所述检测设备进行对待检测幕墙的竖向待检测区域的扫描检测，再通过所述搭载设备根据设定的水平步进间距牵引所述检测设备水平运动进行检测位置的更换以实现对待检测幕墙的全面扫描检测来完成微波成像。
7.根据权利要求6所述的基于微波成像的建筑幕墙安全无损检测成像方法，其特征在于，步骤S3所述的微波成像的具体实现方式为：通过检测设备的控制单元控制检测设备的发射天线按设定模式向待检测幕墙发射微波，再通过检测设备的接收天线接收经不同工况结构反射后的包含幅值、相位信息的回波信号，并通过检测设备的无线传输模块将回波信号传输至上位机，由上位机通过合成孔径雷达成像方式处理回波信号形成灰度图像，完成微波成像。
8.根据权利要求1所述的基于微波成像的建筑幕墙安全无损检测成像方法，其特征在于，所述步骤S4的具体实现方式为：上位机根据步骤S3的微波成像结果自动识别并提取不同工况位置图像，将图像与特征图库中同种工况进行比对来识别是否存在相同成像特征，再将匹配度高的特征进行标记来确认缺陷类型，并提醒负责人进一步观察确认。
9.根据权利要求1所述的基于微波成像的建筑幕墙安全无损检测成像方法，其特征在于，所述步骤S5的具体实现方式为：根据图像采集位置距离起始采集位置的水平、垂直距离确认缺陷位置，结合步骤S4中确认的缺陷类型，找到相应图纸及相关要求的标准，根据找到的图纸及标准描述缺陷位置、缺陷类型与特征图库、图纸、标准的符合情况，记录缺陷位置、类型及不符合情况。
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