[发明专利]一种基坑管涌图像采集装置与使用方法

说明书

本发明公开了一种基坑管涌图像采集装置与使用方法，该装置可以模拟出在一套基坑管涌装置同时采集了在不同光照条件、不同水压下采取不同拍摄角度获得的管涌图像，所述基坑管涌装置可以改变粉砂和中粗砂的种类，实现了大量基坑管涌图像的采集，解决了现有基坑管涌图像较少的问题。

技术领域

本发明涉及工程模型试验与图像采集技术领域，尤其涉及一种基坑管涌图像采集装置与使用方法。

背景技术

渗透破坏是土体在渗流作用下发生的破坏现象，根据土的颗粒组成、密度和结构状态等因素综合分析，将破坏形式分为流土、管涌、接触流失和接触冲刷四种形式。前两种形式发生在单一土层中，后两种形式发生在成层土中。其中管涌是指在渗透水流作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙通道中移动，在渗流溢出处流失的现象，它是沿着渗流方向发生的，可发生于土体内部和渗流溢出处。从管涌开始到破坏有一定的时间发展过程，是一种渐进性质的破坏，其产生的后果有两种：一种是随着细颗粒的流失，孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗的颗粒也渐渐流失，导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷；另一种是粉砂被带走，粗粒土形成的骨架尚能支持，渗漏量加大，但不一定随时即发生破坏。

随着我国经济的快速发展和人口的逐渐增多，城市地下空间的开发也逐渐走入了人们的视野，成为一种新兴符合时代发展的“潮流”，基坑工程在地下空间的开发占据了不可忽视的地位。然而在基坑工程中，管涌等渗透破坏屡见不鲜，据统计海堤溃口、基坑失事等险情很多是管涌等渗透破坏所致。根据管涌发生机理轻则土粒移动，重则土体塌陷，这对工程的安全性存在着巨大的威胁。所以在基坑工程施工过程中及时发现管涌现象并迅速评估风险程度、采取相应工程措施具有重要意义和实用价值。然而在实际工程中，工人和管理人员不可能时刻关注基坑底部管涌情况，一些初期的管涌征兆也难以辨别；若管涌发生在夜间停工时、或者发生在光线比较暗处，则更加难以辨别。

目前，信息化施工的快速发展为我们提供了许多便利，用智能代替人工的方法，可以通过摄像机对基坑工程的各个环节进行实时监控，但从采集的连续图像中识别基坑底部是否存在管涌情况则需要先进的图像识别方法支撑。其中，人工智能领域的深度学习方法是实现图像中对象识别的一种智能方法。深度学习需要获得大量的基坑底部管涌从开始到破坏的照片用于训练神经网络。然而实际工程中发生管涌的情况毕竟是少数，仅仅依靠实际工程采集图片是很难以满足深度神经网络训练的图片数量需求的，因此，如何获取大量的基坑底部管涌图像，构建足够大的样本数据库成为基坑底管涌风险智能监测的关键。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种基坑管涌图像采集装置与使用方法，该装置可以模拟出在一套基坑管涌装置同时采集了在不同光照条件、不同水压下采取不同拍摄角度获得的基坑管涌图像，所述基坑管涌装置中的砂土可以替换为不同材质的砂土，实现了大量基坑壁渗漏水图像的采集。

为了实现以上目的，本发明采取的一种技术方案如下：

一种基坑管涌图像采集装置，包括供水系统、模拟箱、相机及控制单元，所述模拟箱成L型，所述模拟箱水平管道内放置粉砂、竖直管道放置中粗砂，所述竖直管道还包含水平方向的多孔板，所述多孔板置于中粗砂内部，所述竖直管道和水平管道相互连通，所述模拟箱的水平管道另一端和供水系统相连；

所述模拟箱的竖直管道成顶端开口的长方体型，所述相机固定在升降单元的底部，所述升降单元顶端固定在滑动单元的滑块上，所述滑动单元滑动接于所述竖直管道中两个相对的侧壁顶端，所述竖直管道的侧壁还设置LED灯，所述控制单元和LED灯、相机连接。

进一步地，所述滑动单元还包括齿条Ⅰ、步进电机Ⅰ、滑轮、滚动轴承Ⅰ，所述齿条Ⅰ两端分别通过滚动轴承Ⅰ和滑轮转动连接，所述滑轮外侧连接步进电机Ⅰ，所述竖直管道中两个相对的侧壁顶端设有滑轨，所述滑轮滑动接于滑轨内；所述滑块内部固定步进电机Ⅱ、两侧设有和齿条Ⅰ方向相同的限位槽，所述步进电机Ⅱ两侧均固定连接滑动杆，所述滑动杆沿着垂直齿条Ⅰ方向放置且另一端和滑块内部侧壁转动连接，所述限位槽顶部开口，所述齿条Ⅰ穿过限位槽且和滑动杆上的齿轮Ⅰ卡接实现滑块沿着齿条Ⅰ滑动；