一种地震后建筑隔震层自动巡检方法及系统

本发明属于地震工程，涉及一种地震后建筑隔震层自动巡检方法及系统。

背景技术：

1、随着科技的进步和对工程结构抗震安全的日益重视，隔震技术在建筑工程领域得到了广泛应用。隔震结构中的隔震支座既作为竖向承重构件，又要消耗地震输入建筑的能量，是地震下容易发生破坏的关键构件和薄弱部位。因此，震后对隔震层进行损伤巡检是一项至关重要的任务。通过对隔震层进行损伤巡检，为后续隔震支座的修复、更换策略提供建议，预防余震或下次强震发生时建筑结构发生重大损伤破坏。此外，通过对隔震支座的损伤破坏状态进行检测识别，为判断隔震层在地震中是否按照设计预期发挥作用，建筑结构的损伤状态与灾后使用功能恢复评估等工作提供科学依据。

2、近年来智能化机器人已经成功应用于众多领域，如消防检查、构件表面缺陷检测、路面清理以及路径规划等。然而，在震后隔震层安全巡检的领域，目前均采用热弄巡检的方法，还未有基于智能机器人的自动巡检系统。为了加快地震后应急救援响应，提高地震后隔震层的巡检效率，降低人工巡检可能带来的安全风险，应用智能化地面巡检机器人开展自动化巡检显得尤为重要。在震后隔震层安全巡检方面，智能机器人的运用具有显著的优势。首先，智能机器人能够适应多样化的建筑结构隔震层内部环境，通过先进的感知技术和机器学习算法，实现对隔震支座损伤破坏状态的自动检测识别。其次，机器人的自主路径规划功能可以提高巡检效率，快速而准确地完成对整个隔震层所有隔震支座安全检查的全覆盖。这一创新性的研究方向为建筑结构震后应急管理与修复救援提供了全新的技术工具，推动了智能技术在地震工程和建筑工程领域的应用。

技术实现思路

1、针对地震后隔震建筑工程的隔震层人工巡检的传统工作方式存在效率低、风险大、精度低等问题，本发明旨在提供一种地震后建筑隔震层自动巡检方法及系统，以解决上述传统检测方法的缺陷与不足。

2、为此，本发明首先采用的技术方案为：一种地震后建筑隔震层自动巡检方法，包括：

3、步骤1：构建隔震支座损伤数据集，基于隔震支座损伤数据集对改进的yolov8算法模型模型进行学习训练与微调，得到可识别完好与破损隔震支座的检测模型；

4、步骤2：将训练好的检测模型部署到机器人设备，并对机器人设备配置移动控制系统；

5、步骤3：利用隔震层布置信息，构建二维地图，并根据二维地图制定巡检路线；

6、步骤4：巡检机器人按照巡检路线标定顺序对所有支座进行图像采集；并通过检测模型获得每个隔震支座的连接部位损伤状态、外表面橡胶层损伤状态、残余位移角；

7、步骤5：对所有图像的损伤检测结论进行总结分析，确定隔震层中破损支座与安全支座的数量和位置，对检测区域的隔震层开展损伤评估与修复策略分析。

8、进一步的，所述步骤1具体包括：

9、（1）构建数据集：对隔震支座的典型损伤状态和完好无损状态的图像进行采集，构建隔震支座完好与震损图像数据集；所述典型损伤状态包括连接破坏、橡胶表面撕裂、震后残余位移角；

10、（2）数据标注：采用labelimg图像注释工具对隔震支座图像数据集的每个图像样本中的隔震支座分别标注对象边界框与关键点，定义完好或不同损伤状态的类别标签；

11、（3）数据增强：通过图像旋转、缩放、裁剪、亮度和对比度调整、色彩抖动、随机遮挡、噪声添加的方式对隔震支座完好与震损数据集进行增强扩充，采用自适应锚框计算数据集动态调整锚框的尺寸；

12、（4）锚点聚类：使用k-means聚类算法对数据集中的边界框聚类；

13、（5）模型训练：利用增扩后的完好与震损隔震支座的图像数据集对改进的yolov8算法模型进行学习训练。

14、进一步的，步骤3中若执行巡检任务前提供隔震层平面设计图，则根据隔震层平面设计图进行二维地图构建；否则进行现场场景采集以构建二维地图。

15、进一步的，步骤4具体包括：地面巡检机器人接收到检测指令，并按照巡检路线前往巡检点；到达指定巡检位置后停止运动，进行隔震支座与结构构件连接部位、隔震支座外表面、隔震支座整体正视图的图像采集。

16、本发明还进一步提供了一种地震后建筑隔震层自动巡检系统，包括：预训练的检测模型；所述预训练的检测模型为改进的yolov8模型，所述改进的yolov8算法模型包括输入模块、图像预处理模块、目标检测模块、输出模块；

17、所述输入模块用于实时接收巡检机器人采集的图像数据；

18、所述图像预处理模块用于对输入的图像数据进行预处理；

19、所述目标检测模块用于对经过预处理的图像进行隔震支座连接破坏、橡胶表面撕裂、震后残余位移角的损伤状态进行识别检测；

20、所述输出模块用于将目标检测模块计算的结果发送上传至数据接收分析平台；

21、所述数据接收分析平台用于对所有图像的损伤检测结论进行总结分析，确定隔震层中破损支座与安全支座的数量和位置，对检测区域的隔震层的损伤评估与修复策略分析。

22、优选地，还包括数据接收分析平台；所述数据接收分析平台用于接收所述输出模块输出的数据，对所有图像的损伤检测结论进行总结分析，确定隔震层中破损支座与安全支座的数量和位置，完成检测区域的隔震层的损伤评估与修复策略分析。

23、本发明还提供一种地震后建筑隔震层自动巡检机器人，包括巡检机器人，所述巡检机器人上部署所述的自动巡检系统；所述巡检机器人包括机械臂装置和升降模块，机械臂端部安装摄像头，在到达待检测的隔震支座位置后，升降模块根据机器人摄像头与隔震支座的相对高度，对机械臂发送指令，带动机械臂在三维空间内运动，使隔震支座进入摄像头拍摄范围内。

24、优选地，所述巡检机器人上设有红外激光测距传感器，所述红外激光测距传感器用于实时判断所述巡检机器人是否到达指定的巡检位置。

25、优选地，所述巡检机器人上还部署有路径规划系统；通过隔震层地图信息中各个隔震支座的位置以及进入隔震层的位置制定巡检路线及顺序；路径规划系统采用a-star算法作为全局路径规划方法，通过实时规划为巡检机器人提供避障方向。

26、本发明的有益效果为：与传统的人工巡检方法相比，通过地面巡检机器人对震后隔震层损伤情况进行检测具有效率高、风险小、范围大、精度高的优势。

技术特征：

1.一种地震后建筑隔震层自动巡检方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的地震后建筑隔震层自动巡检方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：

3.根据权利要求1所述的地震后建筑隔震层自动巡检方法，其特征在于：步骤3中若执行巡检任务前提供隔震层平面设计图，则根据隔震层平面设计图进行二维地图构建；否则进行现场场景采集以构建二维地图。

4.根据权利要求1所述的地震后建筑隔震层自动巡检方法，其特征在于：所述步骤4具体包括：

5.一种用于实现如权利要求1所述方法的系统，其特征在于，包括：预训练的检测模型；其特征在于：所述预训练的检测模型为改进的yolov8模型，包括输入模块、图像预处理模块、目标检测模块、输出模块；

6.根据权利要求5所述的地震后建筑隔震层自动巡检系统，其特征在于，还包括数据接收分析平台；所述数据接收分析平台用于接收所述输出模块输出的数据，对所有图像的损伤检测结论进行总结分析，确定隔震层中破损支座与安全支座的数量和位置，完成检测区域的隔震层的损伤评估与修复策略分析。

7.一种地震后建筑隔震层自动巡检机器人，其特征在于：包括巡检机器人，所述巡检机器人上部署如权利要求5或6所述的自动巡检系统；所述巡检机器人包括机械臂装置和升降模块，机械臂端部安装摄像头，在到达待检测的隔震支座位置后，升降模块根据机器人摄像头与隔震支座的相对高度，对机械臂发送指令，带动机械臂在三维空间内运动，使隔震支座进入摄像头拍摄范围内，完成图像采集。

8.根据权利要求7所述的地震后建筑隔震层自动巡检机器人，其特征在于：所述巡检机器人上设有红外激光测距传感器，所述红外激光测距传感器用于实时判断所述巡检机器人是否到达指定的巡检位置。

9.根据权利要求7所述的地震后建筑隔震层自动巡检机器人，其特征在于：所述巡检机器人上还部署有路径规划系统；通过隔震层地图信息中各个隔震支座的位置以及进入隔震层的位置制定巡检路线及顺序；路径规划系统采用a-star算法作为全局路径规划方法，通过实时规划为巡检机器人提供避障方向。

技术总结本发明属于地震工程技术领域，涉及一种地震后建筑隔震层自动巡检方法及系统。该方法包括：构建隔震支座损伤数据集，对改进的YOLOv8算法模型进行训练，得到检测模型；将训练好的检测模型部署到机器人设备；利用隔震层布置信息，制定巡检路线；巡检机器人按照巡检路线标定顺序对所有支座进行图像采集；并通过检测模型获得每个隔震支座的连接部位损伤状态、外表面橡胶层损伤状态、残余位移角；对所有图像的损伤检测结论进行总结分析，确定隔震层中破损支座与安全支座的数量和位置，对检测区域的隔震层开展损伤评估与修复策略分析。本发明通过巡检机器人对震后隔震层损伤情况进行检测，具有效率高、风险小、范围大、精度高的优势。技术研发人员：王健泽,陈尉唯,戴靠山,徐军,王武,丁焕龙,吴波,陶兵,唐元丽,郁文海,张平受保护的技术使用者：四川大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25