[发明专利]基于机器视觉和时序模式的强夯夯锤运动状态判别方法

说明书

本发明公开了一种基于机器视觉和时序模式的强夯夯锤运动状态判别方法。包括如下步骤：首先，训练可识别强夯夯锤的目标检测模型；其次，针对连续的强夯施工影像序列进行强夯夯锤目标检测，并记录每帧图像中的夯锤目标位置；最后，对比连续的影像序列数据中的夯锤位置，分析其位置变化过程，匹配对应的时序模式，智能判定强夯夯锤运动状态。本发明针对目前强夯施工过程中，采用人工记录方式的夯次计量方法存在的人力成本较高、从业人员劳动保障程度低且监管力度低时存在数据造假的风险。基于机器视觉的强夯夯锤目标运动检测技术，可智能判断强夯施工过程中的夯锤运动状态，实现自动化夯次无人计量，在强夯施工监管领域有较大的应用和推广价值。

技术领域

本发明涉及机器视觉技术与土木工程施工技术及工程管理、建设技术领域，具体涉及基于机器视觉和模式识别的强夯夯锤运动状态判别方法。

背景技术

强力夯实法(简称强夯法，又称动力固结法)是将8～30t的钢或钢筋混凝土重锤，起吊到高6～30m的空中，让其自由落下冲击地面，用巨大的冲击能量使地基土产生强烈的振动和很高的应力，进而促使地基土壤固结压密，提高地基基础的承载能力。强夯法作为一种处理软弱地基土的基础处理工艺，由法国工程师梅那于1969年首创，自1979年潘千里著文介绍这项新技术后，国内开始推广使用。由于具有的设备简单、适用面广、快速、经济、效果好等优点，强夯法现今已广泛的应用于水利水电等大型土建工程的地基加固。

根据《强夯地基处理技术规程》等相关技术规程，强夯施工过程质量控制指标主要为夯沉量、夯击次数、夯坑位置。其中，夯击次数主要由现场施工人员进行人工记录，人力成本较高，且强夯施工现场环境复杂，从业人员劳动保障程度低。同时在缺乏有效监管的情况下，人工计次方式的可信度取决于施工人员自身素质，往往会带来施工记录不可信，施工质量失控的风险。目前，虽有一些学者对夯次计量自动化做了一些研究，但是仍存在需对强夯机械设备进行改造且改造难度大或方案布设复杂等问题。

故提出一种普适性更强的强夯施工夯次自动计量方法，有效降低强夯施工的人力成本，提高从业人员劳动保障水平及强夯施工夯次数据的可靠性，其中对夯锤运动状态的判断是实现强夯施工夯次自动计量的关键。

发明内容

为解决当前强夯施工夯次计量监测方法的不足，智能判断夯锤运动状态进而实现实时夯次计量的目的。因此，本发明提出一种基于机器视觉和时序模式的强夯夯锤运动状态判别方法，利用机器视觉领域中的目标检测算法高精度地提取出夯锤位置，并结合强夯施工的施工过程，分析强夯施工过程中夯锤运动的时空规律，根据连续的夯锤位置信息变化趋势实时判断夯锤运动状态，为强夯施工智能化监控提供了更加便捷且稳定可靠的技术方法。

本发明提供一种基于机器视觉和时序模式的强夯夯锤运动状态判别方法，通过进行夯锤运动状态的智能判断实现强夯施工自动化夯次计量。该方法基于成像原理，利用目标检测技术，通过实现对夯锤目标的实时捕捉，跟踪，从而完成无接触式的强夯施工夯次自动化计量。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于机器视觉和时序模式的强夯夯锤运动状态判别方法，包括以下步骤：

步骤S1，在强夯施工现场布设图像或视频采集设备以获取连续的强夯施工影像序列，

步骤S2，利用训练好的强夯夯锤检测模型对连续的强夯施工影像序列进行夯锤目标检测处理，自动识别框选出每帧影像中的夯锤；

步骤S3，提取连续的强夯施工影像序列中夯锤识别框的中心点像素坐标，并将得到的中心点坐标按时间顺序记录到夯锤位置信息序列中；

步骤S4，基于影像采集点与夯锤的相对空间关系和S3得到夯锤位置信息序列数据，分析得到每帧影像上夯锤的运动状态，基于影像序列夯锤的运动轨迹和变化过程，匹配相应的夯锤运动时序模式，判断夯锤当前时段的运动状态。

进一步的，所述图像或影像采集设备设置在强夯机驾驶室顶部。