一種便攜式在役電桿集料外露率檢測儀器及其檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種便攜式在役電桿集料外露率檢測儀器及其檢測方法；本發(fā)明用于在役鋼筋混凝土電桿表面集料外露率測量，具體地說是一種涉及針對在役電桿表面風化程度檢測問題，通過探頭采集圖像并對圖像黑白二值化處理，根據(jù)二值化處理結果計算在役電桿混凝土集料外露率，用其來表征在役電桿表面風化程度。本發(fā)明結構簡單、操作方便、檢測迅速；該方法通俗易懂、測試結果受電桿混凝土表面狀況影響較小，適合電桿類等混凝土結構的現(xiàn)場測量，具有很大的應用和推廣價值。
【專利說明】一種便攜式在役電桿集料外露率檢測儀器及其檢測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電桿類等混凝土結構集料外露檢測【技術領域】，尤其涉及一種便攜式在役電桿集料外露率檢測儀器及其檢測方法。
【背景技術】
[0002]由于荷載作用以及惡劣環(huán)境的影響，鋼筋混凝土電桿表面的混凝土經(jīng)受著風沙和雨水的沖刷、凍融破壞、酸雨的成分與水泥水化產(chǎn)物的化學反應等，導致在役電桿表面混凝土的完整性降低、物理力學性能降低，即出現(xiàn)表面風化現(xiàn)象。鋼筋混凝土電桿表面風化后，其內在表現(xiàn)為混凝土的強度和硬度降低；其外在表現(xiàn)為混凝土表面水泥漿體脫落，表面起砂或石子外露，也稱為集料外露?；炷帘砻骘L化對電桿的服役能力產(chǎn)生不利影響:一、混凝土的力學性能降低，從而降低了電桿的承載力；二、破壞了保護層，從而降低了混凝土對鋼筋的保護能力，加速了鋼筋的銹蝕。因此，及時檢測電桿混凝土表面風化，并確定風化程度與級別，為制定相應修復技術方案提供參考依據(jù)及電力部門做出處理決策具有重要意義。
[0003]常用的表征混凝土表面風化方法分為兩種:一、混凝土強度和硬度降低，通常對混凝土回彈值產(chǎn)生一定影響，用混凝土回彈值降低程度來表征鋼筋混凝土電桿表面風化程度；二、針對混凝土表面起砂或石子的現(xiàn)象，用混凝土集料外露程度來表征鋼筋混凝土電桿表面風化程度?；炷潦且环N不均質材料，回彈位置對結果有一定的影響；表面風化前，用回彈法得到是混凝土表面強度，當風化后出現(xiàn)混凝土表面水泥漿體脫落時，回彈儀有可能接觸的里面的砂或石子，測得的強度并不準確；回彈法測定的時候需避開鋼筋，則提前用鋼筋位置儀測定鋼筋位置，且需要將測區(qū)內混凝土表面層打磨掉，操作繁雜；現(xiàn)場測量后，需后期處理回彈值下降率。因此，單純利用回彈法檢測鋼筋混凝土電桿表面風化程度存在一定的局限性，可采用回彈法和集料外露程度相結合的方法檢測電桿混凝土的表面風化程度。
[0004]現(xiàn)階段，鋼筋混凝土結構集料外露程度的表示方法有:
[0005]一、定性表示:采用現(xiàn)場觀測或者數(shù)碼相機采集照片形式，根據(jù)集料外露情況，得出“無集料外露”、“少許集料外露”、“較多集料外露”、“大量集料外露”等結論，此方法定性表示集料外露程度，具有一定模糊性。
[0006]二、集料外露區(qū)域面積比:在混凝土結構表面劃定一個區(qū)域，通過測量外露區(qū)域長、寬或者平均直徑等方式計算集料外露區(qū)面積，計算外露區(qū)面積與總面積的比值。
[0007]三、測量因集料外露造成下陷區(qū)域的參數(shù):混凝土結構表面因集料外露會出現(xiàn)表面下陷的“坑”或“窩”，測量“坑”或“窩”的長、寬(直徑)、深度，與允許的長、寬(直徑)、深度值做比較，以此判斷集料外露程度。
[0008]方法二和方法三是現(xiàn)在常用的兩種方法，但其存在一定的局限性。當“坑”或“窩”較小時，其長、寬以及深度測量準確度低；另外，外露的集料顆粒形狀不規(guī)則，對直徑測量以及面積計算有一定的影響。這兩種方法存在的誤差較大且受主觀因素的影響。[0009]四、圖像處理法:該方法通過在現(xiàn)場用數(shù)碼相機等設備采取圖像，然后導入電腦，通過photoshop、Image-Proplus等圖像處理軟件,計算外露區(qū)面積與選擇區(qū)域總面積的比值作為集料外露程度的指標，該方法克服了主觀因素以及測量誤差的問題，但是需要現(xiàn)場拍照后期處理，容易出現(xiàn)采集的圖像不合格、采集區(qū)域混淆、后期處理費時費力等問題。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明的目的就是為了克服已有的電桿混凝土表面風化程度檢測方法的局限性，針對在役鋼筋混凝土電桿野外現(xiàn)場檢測的特殊性，提供一種便攜式電桿混凝土表面風化程度現(xiàn)場測量儀器，該儀器可直接得出集料外露程度百分比，用百分比來表征電桿混凝土表面風化程度，它具有結構簡單、操作方便、實用性強等優(yōu)點。
[0011]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0012]一種便攜式在役電桿集料外露率檢測儀器，它包括探頭和主體結構兩大部分；所述探頭通過視頻線連接在主體結構上；所述主體結構包括控制器、顯示裝置、人機交互裝置、殼體、通訊接口，所述控制器位于殼體內部，顯示裝置連接控制器，人機交互裝置和控制器通信，通訊接口與控制器雙向通信。
[0013]所述顯示裝置，用于顯示檢測數(shù)據(jù)和結果，與控制器通信。
[0014]所述人機交互裝置，用于操作人員向檢測儀器進行命令操作，與控制器通信。
[0015]所述通訊接口，用于檢測儀器與其它設備通訊提供接口，與控制器通信。
[0016]一種采用上述在役電桿集料外露率測量儀器的檢測方法，其實現(xiàn)過程為:
[0017](I)圖像采集:在儀器上安裝探頭，劃定檢測區(qū)域，采集畫面或圖像；
[0018](2)圖像黑白二值化處理:圖像的黑白二值化處理就是將采集到的混凝土表面圖像上的點的灰度置為O或255，即將整個圖像呈現(xiàn)出明顯的黑白效果；
[0019](3)計算面積分數(shù):計算電感集料外露的面積分數(shù)；
[0020](4)存儲:將采集到的圖像和分析結果進行保存，其中分析結果包括黑白二值化處理后的圖片，總測量區(qū)域的長、寬及面積，集料顆粒的平均費雷特直徑，指標值a，平均費雷特直徑大于a mm的顆粒面積及面積分數(shù)，其中a為自然數(shù)。
[0021 ] 所述步驟(2)中，圖像黑白二值化處理的具體方法，通過選取閥值A，將具有256個亮度等級的灰度圖像處理成二值化圖像，且A閥值下，二值化圖像仍反映圖像的整體特征；所有灰度大于或等于閥值A的像素被判定為屬于特定物體，其灰度值用255表示，否則這些像素點被排除在物體區(qū)域以外，灰度值為0，表示背景或者例外的物體區(qū)域；對于集料外露來說，圖像二值化處理后，外露的顆粒在圖像上以黑色呈現(xiàn)，其余部分以白色呈現(xiàn)。
[0022]所述步驟(3)中，費雷特直徑是一種常用的粒徑表示方法，指沿一定方向測得的顆粒投影輪廓兩邊界平行線間的距離；對于一個顆粒，因所取方向而異，按若干方向的平均值計算；對于集料外露顆粒，繞中心每隔10°方向上得到一個費雷特直徑，將所得18個費雷特直徑的平均值作為該不規(guī)則顆粒的平均費雷特直徑。
[0023]所述步驟(3)中，具體方法為:計算黑白二值化處理后的圖片的長、寬以及面積，該面積即作為測量區(qū)域的總面積，然后計算集料顆粒的平均費雷特直徑DFtt，根據(jù)平均費雷特直徑DFtt，選定一個最接近DFtt的值為標準值a，a作為要考慮顆粒的費雷特直徑標準值，計算費雷特直徑DF ^ a的顆粒面積SDF>a，然后計算集料外露面積分數(shù)X=Sdf>a/S總X 100%，即為電桿集料外露率。
[0024]本發(fā)明的有益效果:
[0025]1、本發(fā)明提出了一種便攜式在役電桿集料外露率檢測儀器，該儀器小巧便捷，操作簡單，測試迅速，測試結果受主觀因素和測量誤差影響較小；另外，該儀器可單人操作，節(jié)省了人力，提高了工作效率，適合電桿類等混凝土構件的現(xiàn)場測量，具有很大的應用和推廣價值。
[0026]2、本發(fā)明提出了一種便攜式在役電桿集料外露率檢測儀器，該儀器具有圖像采集、圖像黑白二值化處理、參數(shù)計算、存儲等一體化功能，檢測迅速，在測量現(xiàn)場直接得出結論，可立即制定相應修復方案。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為集料外露率檢測儀器正面示意圖；
[0028]圖2為集料外露率檢測方法流程圖。
[0029]其中，1.探頭，2.主體結構，3.視頻線，4.顯示屏，5.開機/關機鍵，6.顯示燈，
7.操作鍵，8.探頭接口，9.存儲卡卡槽，10.USB接口。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0031]一種便攜式在役電桿集料外露率檢測儀器，它包括探頭I和主體結構2兩大部分；所述探頭通過視頻線連接在主體結構上；所述主體結構包括控制器、顯示裝置、人機交互裝置、殼體、通訊接口，所述控制器位于殼體內部，顯示裝置連接控制器，人機交互裝置和控制器通信，通訊接口與控制器雙向通信。
[0032]人機交互裝置，用于操作人員向檢測儀器進行命令操作，包括但不限于操作鍵7、鍵盤、觸摸屏、開關和按鈕的一種或多種。
[0033]通訊接口，包括但不限于USB接口 10、探頭接口 8、存儲卡卡槽9和數(shù)據(jù)線接口中的一種或多種。
[0034]實施例一:
[0035]如圖1，一種便攜式在役電桿集料外露率檢測儀器，它包括探頭I和主體結構2兩大部分；探頭I通過視頻線3連接在主體結構2上；主體結構2包括控制器、顯示屏4、開機/關機鍵5、顯示燈6、操作鍵7、探頭接口 8、存儲卡卡槽9、USB接口 10，控制器設在主體結構2內部，主體結構2殼體正面設有顯示屏4、開機/關機鍵5、顯示燈6、操作鍵7，顯示屏4設在主體結構2殼體正面的左側，開機/關機鍵5設在主體結構2殼體的右側上部，顯示燈6設在開機/關機鍵5的右側，操作鍵7設在開機/關機鍵5和顯示燈6的下部，主體結構2側面設有探頭接口 8、存儲卡卡槽9、USB接口 10。
[0036]該儀器的實現(xiàn)過程為:確定監(jiān)測區(qū)域后，打開儀器，用探頭I對準監(jiān)測區(qū)域，進行圖像采集，選擇圖片處理選項，檢測儀器先對圖片進行裁剪、效果處理，然后控制器進行圖片黑白二值化處理，根據(jù)二值化處理結果計算集料顆粒的平均費雷特直徑及平均費雷特直徑大于a mm的顆粒面積占整個測量區(qū)域的面積分數(shù)(其中，a為費雷特直徑標準值，其大小根據(jù)計算的費雷特直徑及實際情況確定)。然后選擇存儲，將掃描的圖片和分析結果一并進行存儲到存儲卡或USB上?？稍跍y量現(xiàn)場直接記錄分析結果，也可以回到實驗室直接將圖片和分析結果導入到電腦上，打印出來。
[0037]其中，費雷特直徑(Feret’ s diameter)是一種常用的粒徑表示方法，指沿一定方向測得的顆粒投影輪廓兩邊界平行線間的距離。對于一個顆粒，因所取方向而異，可按若干方向的平均值計算。在本發(fā)明中，對于集料外露顆粒，繞中心每隔10°方向上得到一個費雷特直徑，將所得18個費雷特直徑的平均值作為該不規(guī)則顆粒(氣孔)的平均費雷特直徑。
[0038]如圖2，一種在役電桿集料外露率現(xiàn)場測量方法，確定檢測區(qū)域以后，首先采集圖像，若采集的圖像不可識別，則需要重新采集，若采集的圖像可識別，則對圖像進行黑背二值化處理，得到二值化圖像，然后分析圖像的長、寬及集料顆粒的費雷特直徑，計算圖像面積S自和平均費雷特直徑DFis,根據(jù)求得的DFis和實際情況，選擇最接近DFis的給定數(shù)值a作為費雷特直徑標準值，然后計算費雷特直徑DF ^ a的顆粒面積Sdf>a，然后計算集料外露面積分數(shù)X=Sdf>a/S,6 X 100%，即為電桿集料外露率，該監(jiān)測區(qū)域計算完畢，保存圖片和計算結果。檢查是否還有待檢測區(qū)域，若有，重復以上步驟，否則導出檢測結果，關閉儀器。
[0039]該儀器具體檢測方法:
[0040](I)準備工作，選定檢測對象，制定技術方案；
[0041](2)檢查儀器，打開儀器進行調試，看所有功能是否完好，并保證電源充足；
[0042](3)現(xiàn)場測量，根據(jù)現(xiàn)場電桿的情況，劃定矩形測量區(qū)域(長為6cm，寬為4cm)，打開儀器，用探頭進行掃描，采集測量區(qū)域圖像；然后選擇圖片處理功能，得到黑白二值化圖像；然后分析計算參數(shù)，得到總測量區(qū)域的長、寬及面積和集料顆粒的平均費雷特直徑；根據(jù)求得的平均費雷特直徑設定指標值a，再進行計算，得到面積分數(shù)，即為集料外露率，對采集到的圖片和計算結果進行存儲；
[0043](4)根據(jù)電桿實際情況，選擇不同的檢測區(qū)域，依次編號為D001-Q001 (D001表示001號電桿、QOOl表示001號測區(qū))、D001-Q002、…、DOOm-QOOn (表示第m根電桿第η個測區(qū))，然后重復步驟(3)，完成現(xiàn)場測量；
[0044](5)現(xiàn)場測量完畢后，檢查儀器，若沒問題，關閉電源，將儀器放到儀器盒中；
[0045](6)回到實驗室，將儀器里儲存的圖像和處理結果導入到電腦，根據(jù)需要選擇是否打?。?br> [0046](7)關 閉儀器并放置。
[0047]上述雖然對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內。
【權利要求】
1.一種便攜式在役電桿集料外露率檢測儀器，其特征是:它包括探頭和主體結構兩大部分；所述探頭通過視頻線連接在主體結構上；所述主體結構包括控制器、顯示裝置、人機交互裝置、殼體、通訊接口，所述控制器位于殼體內部，顯示裝置連接控制器，人機交互裝置和控制器通信，通訊接口與控制器雙向通信。
2.如權利要求1所述的一種便攜式在役電桿集料外露率檢測儀器，其特征是:所述顯示裝置，用于顯示檢測數(shù)據(jù)和結果，與控制器通信。
3.如權利要求1所述的一種便攜式在役電桿集料外露率檢測儀器，其特征是:所述人機交互裝置，用于操作人員向檢測儀器進行命令操作，與控制器通信。
4.如權利要求1所述的一種便攜式在役電桿集料外露率檢測儀器，其特征是:所述通訊接口，用于檢測儀器與其它設備通訊提供接口，與控制器通信。
5.一種采用上述便攜式在役電桿集料外露率檢測儀器的檢測方法，其特征是:其實現(xiàn)過程包括: (O圖像采集，在儀器上安裝探頭，劃定檢測區(qū)域，采集畫面或圖像； (2)圖像黑白二值化處理，采集到的圖像由彩色變?yōu)楹诎咨?，外露的集料顆粒以黑色形式呈現(xiàn)； (3)計算面積分數(shù)； (4)存儲，將采集到的圖像和分析結果進行保存。
6.如權利要求5所述的檢測方法，其特征是:所述步驟(2)中，圖像的黑白二值化處理就是將采集到的混凝土表面圖像上的點的灰度置為O或255，即將整個圖像呈現(xiàn)出明顯的黑白效果，圖像黑白二值化處理的具體方法，通過選取閥值A，將具有256個亮度等級的灰度圖像處理成二值化圖像，且A閥值下，二值化圖像仍反映圖像的整體特征；所有灰度大于或等于閥值A的像素被判定為屬于特定物體，其灰度值用255表示，否則這些像素點被排除在物體區(qū)域以外，灰度值為O，表示背景或者例外的物體區(qū)域；對于集料外露來說，圖像二值化處理后，外露的顆粒在圖像上以黑色呈現(xiàn)，其余部分以白色呈現(xiàn)。
7.如權利要求5所述的檢測方法，其特征是:所述步驟(3)中，費雷特直徑是一種常用的粒徑表示方法，指沿一定方向測得的顆粒投影輪廓兩邊界平行線間的距離；對于一個顆粒，因所取方向而異，可按若干方向的平均值計算；對于集料外露顆粒，繞中心每隔10°方向上得到一個費雷特直徑，將所得18個費雷特直徑的平均值作為該不規(guī)則顆粒的平均費雷特直徑。
8.如權利要求7所述的檢測方法，其特征是:所述步驟(3)中，具體方法為:計算黑白二值化處理后的圖片的長、寬以及面積，該面積即作為測量區(qū)域的總面積，然后計算集料顆粒的平均費雷特直徑DF ，根據(jù)平均費雷特直徑DF ，選定一個最接近DF 的值為標準值a，a作為要考慮顆粒的費雷特直徑標準值，計算費雷特直徑DF ^ a的顆粒面積Sdf>a，然后計算集料外露面積分數(shù)X=Sdf & a/S & X 100%，即為電桿集料外露率。
9.如權利要求5所述的檢測方法，其特征是:所述步驟(4)中，分析結果包括黑白二值化處理后的圖片，總測量區(qū)域的長、寬及面積，集料顆粒的平均費雷特直徑，指標值a，平均費雷特直徑大于a mm的顆粒面積及其面積分數(shù)。
【文檔編號】G01N21/84GK103592305SQ201310626151
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權日:2013年11月28日
【發(fā)明者】鄧化凌, 嚴黔, 李正立, 任春鳳, 趙然杭, 王興菊, 官慶朔, 趙睿, 申睿, 薛霞, 魏澤彪, 徐月華, 白珊 申請人:國家電網(wǎng)公司, 山東電力研究院