[發明專利]一種在火災時利用激光定位監測建筑結構變形的方法

在審

• 申請號: 201710519707.7
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107289916A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 盧國建;榮建忠;蔣亞強
• 申請（專利權）人: 公安部四川消防研究所
• 主分類號: G01C15/00
• 分類號: G01C15/00
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙)51239
• 代理人: 劉華平

技術領域

本發明涉及消防安全技術領域，具體地講，是涉及一種在火災時利用激光定位監測建筑結構變形的方法。

背景技術

火災一般是人們因用火不當所產生的意外事故，一旦發生火災事故，人們盡力去減少其所帶來的生命財產損失，消防救援也因此產生。當建筑發生火災時，火場產生的煙氣、高溫以及火對建筑構件的燃燒都會對建筑結構進行破壞，使建筑發生一定的變形，當變形達到一定程度，建筑將發生倒塌，這將嚴重威脅到火場中消防救援人員的生命安全。因此，如何在火災中提前檢測到建筑物將要發生的結構變形變的至關重要，這相當于是為消防救援人員提供提前預警，保障這些人員的生命安全。

在長期消防工作中的經驗總結和對火災現場情況的多角度研究，我們發現在火災環境中檢測建筑物結構情況不同于常規的建筑變形檢測。首先是動態實時性，由于火災中監測建筑結構變形的主要目的是為了保證消防人員的生命安全，在建筑發生倒塌前提供預警，因此需要做到動態監測，并能夠實時反饋監測結果；其次是環境適應性，通常建筑物發生火災時會產生大量煙氣、高溫等諸多不良影響，這些情況對監測手段都會產生干擾，因此如何克服這些因素影響至關重要，同時由于火災事故的突發性，火災完全可能出現在夜間或刮風下雨等天氣，自然環境光線暗、監測條件困難都是對監測技術的巨大挑戰；另外就是非接觸性，由于火災發生位置的不確定性，以及滅火救援的緊迫性，都沒有充足的條件和時間去布設輔助監測點或反射點，使現有技術中的多種監測手段無法在火災場景中實際應用，相比之下，只有非接觸式的監測手段是最優選擇。

對于建筑變形的特性研究，最主要的特征參量是位移，其他如撓度、傾斜、沉降，從本質上來講都可以歸納為位移，也就是說，我們可以通過測量建筑構件或整體的位移，來實現對建筑物空間維度上變形的監測，在連續的時間范圍內測量，可以實現建筑物時間維度上變形的監測。

一般來說，對于建筑物的變形監測手段可分為接觸式和非接觸式，基于上述研究基礎，我們主要對現有的非接觸式變形監測手段及相關產品進行了調研。

非接觸式變形監測大多是利用激光、電磁波、數字攝影、光學監測及以上形式組合等手段來實現，對應產品有①激光監測手段：激光全站儀、三維激光掃描儀等，②電磁波監測手段：雷達；③數字攝影：基于數字攝影及圖像處理的測量；④光學監測手段：利用傳統光學手段結合激光輔助技術。

激光全站儀在建筑變形測量上的應用，具有操作相對簡便、測量誤差小的優點；投入成本中等，一臺儀器價格在幾萬到十幾萬不等；但是在火災場景中，測量極易受到火場煙氣和溫度的干擾，檢測數據存在誤差，或者根本檢測不到數據，并且一臺全站儀只能單點測量，動態實時性不高，而且市場上通用的全站儀在使用過程中要求工作人員從一個直接約5mm的小孔進行觀測，較為不便，實際應用性能和監測效果一般。

三維激光掃描儀也稱為“實景復制技術”，利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面大量密集的點的三維坐標、反射率和紋理等信息，可快速復建出被測目標的三維模型及線、面、體等各種圖像數據。該技術在建筑變形監測上應用，具有快速性、非接觸性、數字化、自動化等優勢，科技含量高，但是設備價格高昂，一臺普通三維激光掃描儀價格高達50萬以上，并且由于數據產生量大，實時處理難以達到消防要求，其后期的數據處理也需要較強的專業性，整體的經濟適應性不強、實時性不強。

雷達技術主要在大范圍空間遙感監測領域應用，在建筑變形監測方面的應用主要依賴于步進頻率連續波技術、合成孔徑雷達技術和干涉測量技術，可以做到不需要安裝反射裝置配合即可實時監測的目的，具有連續、全面、高精度等優點，可對空間連續覆蓋，不依賴可見光，但是同樣受制于其設備成本高，雷達系統目標識別率低，需要配套相關信標才能提高識別率，但在火災中，建筑上快速安裝信標難以實現，另外雷達所獲取的是徑向方向的數據，后期處理也不便。

基于數字攝影及圖像處理的監測技術主要是利用機器視覺手段實現，通過連續采集建筑物目標特征點的位置識別出建筑物變形情況，一次性可采集多個特征點，可實現連續動態的數據采集，但是對圖像精度要求高，數據存儲量大，后期圖像處理要求高，在火災場景中很容易受到光線、煙氣等不利條件影響。

傳統的光學監測手段具有成本較低優勢，在動態實時性和測量精度上反饋較差，上不太能夠滿足火災場景的應用需求，在結合激光輔助技術后，更接近于全站儀等設備的應用方式，并且受環境因素影響也較大。

因此，何如較低成本、較高精度地實現針對于火災場景的建筑物變形監測成為了本領域技術人員重點研究的課題。

發明內容