一种建筑外墙无损检测方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及建筑检测技术领域，尤其涉及一种建筑外墙无损检测方法、装置及系统。

背景技术

近年来，随着我国社会经济的快速发展和城镇化进程的不断加速，各类建筑保有量大幅度提升。自上世纪90年代以来，伴随建筑节能技术发展，建筑外墙外保温成为建筑节能的主要措施，以各类保温板材粘锚薄抹灰体系、保温砂浆薄抹灰体系为主。由于不同建设时期材料质量因素、施工因素以及服役期间老化等多种因素的综合作用下，有些建筑的外墙外保温层已出现了不同程度的裂缝、空鼓、粘结力不足等问题，特别是在极端风雨气候条件下，发生了脱落、坠落问题，出现了多起外墙外保温层、瓷砖脱落砸伤行人及损坏财物等现象，因此需要有高效的测试手段对外墙进行检测，特别是无损检测，为预防和维修提供评估依据。

目前，针对既有建筑外墙外保温系统的检测手段主要有可见光图像观测、红外热成像图像观测、钻芯法检测，其中：可见光图像主要用于观测外部可见的开裂、脱落、粉化等；红外热成像图像主要用于观测外保温系统大面积的热工效应缺陷；钻芯法主要用于检测钻芯部位的粘结力指数。

可见光及红外热成像均无法有效判断外保温系统粘结状况，而钻芯法仅能就钻芯部位做出粘结力判断，无法对系统整体粘结力状况进行判断。

发明内容

本发明提供了一种建筑外墙无损检测方法、装置及系统，能够对建筑外墙的保温板粘结砂浆的粘结力进行有效的检测。

一种建筑外墙无损检测方法，无人机搭载敲击检测装置按照预设轨迹贴合被检墙面飞行，飞行过程中所述敲击检测装置采集声音信号，并在每个预设敲击间隔时长结束时敲击墙体；

所述方法包括：

接收敲击检测装置采集的声音信号，对所述声音信号进行处理；

根据处理结果判断各个敲击点的砂浆粘结情况；

根据所述预设敲击间隔时长和无人机移动速度计算每个敲击点的位置坐标，将每个敲击点的位置坐标和砂浆粘结情况进行对应。

进一步地，对所述声音信号进行处理，包括：

根据所述声音信号，获得敲击声波振幅；

根据敲击声波振幅的峰值，将所述声音信号进行切分，获得各个敲击点的音频信号；

将所述音频信号进行短时傅里叶变换，获得对应的频谱。

进一步地，根据处理结果判断各个敲击点的砂浆粘结情况，包括：

将各个敲击点对应的频谱与预先存储的砂浆粘结标准频谱数据进行比较，根据比较结果确定各个敲击点的砂浆粘结情况。

进一步地，所述砂浆粘结情况包括砂浆虚粘情况以及砂浆实粘情况。

进一步地，所述预设轨迹的竖直方向或者水平方向的轨迹为测线；

所述地面控制站根据所述预设敲击间隔时长和无人机移动速度计算每个敲击点的位置坐标，包括：

在每条测线下，根据所述预设敲击间隔时长和无人机移动速度计算敲击间距；

根据所述敲击间距以及预先设置的测线高度以及测线间距，计算每个敲击点的位置坐标。

一种建筑外墙无损检测装置，无人机搭载敲击检测装置按照预设轨迹贴合被检墙面飞行，飞行过程中所述敲击检测装置采集声音信号，并在每个预设敲击间隔时长结束时敲击墙体；

所述装置包括：

声音处理模块，接收敲击检测装置采集的声音信号，对所述声音信号进行处理；

判断模块，用于根据处理结果判断各个敲击点的砂浆粘结情况；

位置对应模块，用于根据所述预设敲击间隔时长和无人机移动速度计算每个敲击点的位置坐标，将每个敲击点的位置坐标和砂浆粘结情况进行对应。

一种建筑外墙无损检测系统，包括无人机以及搭载在无人机上的敲击检测装置，无人机搭载敲击检测装置按照预设轨迹贴合被检墙面飞行，飞行过程中所述敲击检测装置采集声音信号，并在每个预设敲击间隔时长结束时敲击墙体；

所述系统还包括数据处理器和存储装置，所述存储装置存储有多条指令，所述数据处理器用于读取所述指令并执行：

接收敲击检测装置采集的声音信号，对所述声音信号进行处理；

根据处理结果判断各个敲击点的砂浆粘结情况；

根据所述预设敲击间隔时长和无人机移动速度计算每个敲击点的位置坐标，将每个敲击点的位置坐标和砂浆粘结情况进行对应。

进一步地，所述敲击检测装置包括外壳、驱动电机、敲击锤、传动凸轮以及声音采集装置，所述驱动电机、敲击锤、传动凸轮以及声音采集装置设置在所述外壳内，所述驱动电机与所述传动凸轮配合连接，所述传动凸轮与所述敲击锤配合设置，所述驱动电机驱动所述传动凸轮带动所述敲击锤进行敲击，所述声音采集装置靠近所述敲击锤。

进一步地，所述外壳内设置有隔音材料。

一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有多条指令，所述多条指令可被数据处理器读取并执行上述的建筑外墙无损检测方法。

本发明提供的建筑外墙无损检测方法、装置及系统，至少包括如下有益效果：

（1）能够实现建筑外墙内部的保温层的粘结砂浆的无损检测，可获得被检墙面具体位置下的砂浆粘结情况，进而对整体的粘结力状况进行评估，为外墙维修提供评估依据；

（2）检测方法可靠，准确性高。

附图说明

图1为本发明提供的建筑外墙无损检测方法一种实施例的流程图。

图2为本发明提供的建筑外墙无损检测方法一种实施例中预设轨迹的示意图。

图3为本发明提供的建筑外墙无损检测方法另一种实施例中预设轨迹的示意图。

图4为本发明提供的建筑外墙无损检测装置一种实施例的结构示意图。

图5和图6为本发明提供的建筑外墙无损检测系统一种实施例的结构框图。

图7为本发明提供的建筑外墙无损检测系统中敲击检测装置一种实施例的结构框图。

图8为本发明提供的建筑外墙无损检测系统中无人机一种实施例的结构框图。

图9为本发明提供的建筑外墙无损检测系统中无人机一种实施例的结构示意图。

图10为本发明提供的建筑外墙无损检测系统中无人机另一种实施例的结构框图。

图11为本发明提供的建筑外墙无损检测系统中无人机另一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。

实施例一

参考图1，本实施例提供一种建筑外墙无损检测方法，无人机搭载敲击检测装置按照预设轨迹贴合被检墙面飞行，飞行过程中所述敲击检测装置采集声音信号，并在每个预设敲击间隔时长结束时敲击墙体；

所述方法包括：

S1、接收敲击检测装置采集的声音信号，对所述声音信号进行处理；

S2、根据处理结果判断各个敲击点的砂浆粘结情况；

S3、根据所述预设敲击间隔时长和无人机移动速度计算每个敲击点的位置坐标，将每个敲击点的位置坐标和砂浆粘结情况进行对应。

具体地，在一些实施例中，预设轨迹如图2所示，为“S”型，竖向方向上的敲击点多于水平方向上的敲击点。

在一些实施例中，预设轨迹还可以为图3所示，为“S”型，水平方向上的敲击点多于竖向方向上的敲击点。

进一步地，S1中，接收到该声音信号后，根据所述声音信号，获得敲击声波振幅；根据敲击声波振幅的峰值，将所述声音信号进行切分，获得各个敲击点的音频信号；将所述音频信号进行短时傅里叶变换，获得对应的频谱。

声音信号包括了噪音和敲击音，通过对声波振幅峰值的识别，可以识别出敲击音，将声音信号进行切分，切分出峰值部分的信号，即可获得各个敲击点的音频信号。

进一步地，S2中，将各个敲击点对应的频谱与预先存储的砂浆粘结标准频谱数据进行比较，根据比较结果确定各个敲击点的砂浆粘结情况。

砂浆粘结情况包括砂浆虚粘情况以及砂浆实粘情况。

进一步地，预先建立砂浆粘结标准频谱数据，包括：根据不同施工工艺、施工材料在实验室环境中通过敲击检测装置生成独立敲击音频文件，并逐一记录。根据该音频文件，通过对其进行短时傅里叶变换得到敲击音频的频谱分析，依据该频谱分析即可得到标准情况下的砂浆粘结标准频谱数据。该砂浆粘结标准频谱数据将包括各种工艺下的水泥砂浆虚粘或实粘情况。

进一步地S3中，根据所述预设敲击间隔时长和无人机移动速度计算每个敲击点的位置坐标，包括：

在每条测线下，根据所述预设敲击间隔时长和无人机移动速度计算敲击间距；

根据所述敲击间距以及预先设置的测线高度以及测线间距，计算每个敲击点的位置坐标。

具体地，在一些实施例中，无人机的预设轨迹如图2所示，预设轨迹为“S”型轨迹，其中，竖直方向的轨迹为测线，即所有的敲击点均在竖直方向的轨迹上。在每条测线的起点开始计时，横向的轨迹并不做检测，并在每个预设敲击间隔时长结束时敲击墙体，根据无人机的移动速度，可计算出敲击间距S：

其中，v为无人机移动速度，t为预设敲击间隔时长。

测线高度H和测线间距W预先设置，为已知，设第一条测线的检测起点坐标为

（（m-1）W，nS）；（2）

其中，m为奇数测线标号， W为测线间距，H为测线高度，S为敲击间距。

偶数测线是自上而下检测的，即第二条测线上第n个敲击点坐标为

（（M-1）W，H-nS）；（3）

其中，M为偶数测线编号，W为测线间距，H为测线高度，S为敲击间距。

获得每个敲击点的位置坐标后，根据时间轴，可将每个敲击点的位置坐标和砂浆粘结情况进行对应。进而可以生成出检测区域的粘接情况点图。

具体地，在一些实施例中，无人机的预设轨迹如图3所示，预设轨迹为“S”型轨迹，其中，水平方向的轨迹为测线，即所有的敲击点均在水平方向的轨迹上。在每条测线的起点开始计时，竖向的轨迹并不做检测，并在每个预设敲击间隔时长结束时敲击墙体，根据无人机的移动速度，可计算出敲击间距S：

其中，v为无人机移动速度，t为预设敲击间隔时长。

测线长度L和测线间距W预先设置，为已知，检测自下而上，

设第一条测线的检测起点坐标为

奇数测线中第m条测线的第n个敲击点的位置坐标如下所示：

（nS， （m-1）W）；（4）

其中，m为奇数测线标号， W为测线间距，L为测线长度，S为敲击间距。

偶数测线中第M条测线的第n个敲击点的位置坐标如下所示：

其中，M为偶数测线编号，W为测线间距，L为测线长度，S为敲击间距。

本实施例提供的方法，能够实现建筑外墙内部的保温层的粘结砂浆的无损检测，能够获得被检墙面上具体位置的粘结砂浆的情况，进而对整体的粘结力状况进行评估，为外墙维修提供评估依据。

实施例二

参考图4，本实施例提供一种建筑外墙无损检测装置，无人机搭载敲击检测装置按照预设轨迹贴合被检墙面飞行，飞行过程中所述敲击检测装置采集声音信号，并在每个预设敲击间隔时长结束时敲击墙体；

所述装置包括：

声音处理模块301，接收敲击检测装置采集的声音信号，对所述声音信号进行处理；

判断模块302，用于根据处理结果判断各个敲击点的砂浆粘结情况；

位置对应模块303，用于根据所述预设敲击间隔时长和无人机移动速度计算每个敲击点的位置坐标，将每个敲击点的位置坐标和砂浆粘结情况进行对应。

具体地，声音处理模块301根据所述声音信号，获得敲击声波振幅；根据敲击声波振幅的峰值，将所述声音信号进行切分，获得各个敲击点的音频信号；将所述音频信号进行短时傅里叶变换，获得对应的频谱。

判断模块302根据处理结果判断各个敲击点的砂浆粘结情况，包括：将各个敲击点对应的频谱与预先存储的砂浆粘结标准频谱数据进行比较，根据比较结果确定各个敲击点的砂浆粘结情况。

所述砂浆粘结情况包括砂浆虚粘情况以及砂浆实粘情况。

所述预设轨迹的竖直方向或者水平方向的轨迹为测线，预设轨迹如图2和图3所示。

位置对应模块303根据所述预设敲击间隔时长和无人机移动速度计算每个敲击点的位置坐标，包括：在每条测线下，根据所述预设敲击间隔时长和无人机移动速度计算敲击间距；根据所述敲击间距以及预先设置的测线高度以及测线间距，计算每个敲击点的位置坐标。

本实施例提供的装置，能够实现建筑外墙内部的保温层的粘结砂浆的无损检测，能够获得被检墙面上具体位置的粘结砂浆的情况，进而对整体的粘结力状况进行评估，为外墙维修提供评估依据。

实施例三

参考图5和图6，本实施例提供一种建筑外墙无损检测系统，包括敲击检测装置1和无人机2，无人机2用于搭载敲击检测装置1按照预设轨迹贴合被检墙面飞行，飞行过程中敲击检测装置1采集声音信号，并在每个预设敲击间隔时长结束时敲击墙体；

所述系统还包括数据处理器3和存储装置4，所述存储装置存储有多条指令，数据处理器3用于读取所述指令并执行：

接收敲击检测装置采集的声音信号，对所述声音信号进行处理；

根据处理结果判断各个敲击点的砂浆粘结情况；

根据所述预设敲击间隔时长和无人机移动速度计算每个敲击点的位置坐标，将每个敲击点的位置坐标和砂浆粘结情况进行对应。

其中，数据处理器3为上述检测方法的执行主体，数据处理器3还用于：根据所述声音信号，获得敲击声波振幅；根据敲击声波振幅的峰值，将所述声音信号进行切分，获得各个敲击点的音频信号；将所述音频信号进行短时傅里叶变换，获得对应的频谱。

进一步地，数据处理器3还用于将各个敲击点对应的频谱与预先存储的砂浆粘结标准频谱数据进行比较，根据比较结果确定各个敲击点的砂浆粘结情况。

所述砂浆粘结情况包括砂浆虚粘情况以及砂浆实粘情况。

所述预设轨迹的竖直方向或者水平方向的轨迹为测线。

数据处理器3还用于：在每条测线下，根据所述预设敲击间隔时长和无人机移动速度计算敲击间距；根据所述敲击间距以及预先设置的测线高度以及测线间距，计算每个敲击点的位置坐标。

在一些实施例中，所述系统还包括地面控制站5以及设置于所述无人机2上的无线通信模块6；无线通信模块6与地面控制站5通信连接，数据处理器3和存储装置4设置于地面控制站5，所述声音信号通过无线通信模块6发送至地面控制站5。

在一些实施例中，数据处理器3设置于无人机2上。

进一步地，参考图7，在一些实施例中，敲击检测装置1包括外壳11、驱动电机12、敲击锤13、传动凸轮14以及声音采集装置15，驱动电机12、敲击锤13、传动凸轮14以及声音采集装置15设置在外壳11内，驱动电机12与传动凸轮14配合连接，传动凸轮14与敲击锤13配合设置，驱动电机12驱动传动凸轮14带动敲击锤13进行敲击，声音采集装置15靠近敲击锤。

其中，外壳11内设置有隔音材料。

本实施例提供的系统，能够实现建筑外墙内部的保温层的粘结砂浆的无损检测，能够获得被检墙面上具体位置的粘结砂浆的情况，进而对整体的粘结力状况进行评估，为外墙维修提供评估依据。

实施例四

本实施例提供一种建筑外墙无损检测系统，包括敲击检测装置1以及用于搭载敲击检测装置的无人机；参考图8，其中无人机包括机身挂载架101、滑轮组件102、机体103、旋翼组件104、第一动力装置105以及第一飞控处理器106；

滑轮组件102与机身挂载架101配合连接，机体103与机身挂载架101连接，旋翼组件104与机身挂载架101以及机体配合连接，第一动力装置105与旋翼组件104连接，第一飞控处理器106与第一动力装置105连接。

具体地，参考图9，滑轮组件102包括两个滑轮支架1021以及四个滑轮1022；

机身挂载架101相对的两条边朝同一侧分别延伸出支架安装端1011，两个滑轮支架1021的中点分别与两个支架安装端1011连接；四个滑轮1022分别设置在两个滑轮支架1021的端部，两个滑轮支架1021均与机身挂载架101四条边所在的平面垂直，检测时四个滑轮1022贴合被检墙面；

机体103包括连接架1031和尾翼1032，连接架1031的一端与尾翼1032连接，另一端与机身挂载架101的一边的几何中心处连接，机身挂载架101与连接架1031连接的一边为远离四个滑轮1022且与支架安装端1011所在的两条边垂直的一边；

机身挂载架101上靠近四个滑轮1022且与支架安装端1011所在的两条边垂直的一边的中点处用于设置敲击检测装置1，即敲击检测装置1设置于机身挂载架101上与被检墙面平行且靠近被检墙面的一边。

进一步地，在一些实施例中，机身挂载架101可以为四边形，其中，两条短边朝同一侧延伸出支架安装端1011。

机体103和机身挂载架101的设计，拉长了无人机的整体结构，使得整体重心更稳定。

旋翼组件104包括四个旋翼。

机身挂载架101上连接该连接架1031的一边的两端分别延伸出旋翼安装端1012，即，检测时，机身挂载架101上与被检墙面平行且远离被检墙面的一边的两端分别延伸出旋翼安装端1012，其中两个旋翼与旋翼安装端1012连接，另外两个旋翼分别设置于尾翼1032的两端。

进一步地，在一些实施例中，机身挂载架101可以为矩形，其中，旋翼安装端1012位于机身挂载架101靠近尾翼1032的一条长边的两端。

在一些实施例中，旋翼组件104包括第一旋翼1041、第二旋翼1042、第三旋翼1043和第四旋翼1044，其中，第一旋翼1041和第二旋翼1042分别与机身挂载架101上的两个旋翼安装端1012连接，第三旋翼1043和第四旋翼1044分别设置于尾翼1032的两端。

第一动力装置105包括分别与四个旋翼配合连接的四个电机；四个电机与第一飞控处理器106连接。第一飞控处理器106用于分别控制四个电机的转速和方向，以控制四个旋翼，实现无人机的姿态控制。

本实施例提供的系统，通过无人机搭载敲击检测装置，无人机的机身挂载架的结构设计，便于搭载该敲击检测装置，使得敲击检测装置可以更接近被测墙面，敲击检测装置获得的检测数据更加准确；机体、机身挂载架和旋翼组件的结构设计，使得无人机整体重心更稳定，提高无人机飞行的稳定性，保证机身整体平衡。

实施例五

本实施例提供一种基于敲击检测装置的建筑外墙检测系统，包括敲击检测装置以及用于搭载敲击检测装置的无人机；参考图10，所述无人机包括第一主体架201、第二主体架202、横向连接架203、风扇组件204、第二动力装置205、驱动轮组件206以及第二飞控处理器207；

第一主体架201和第二主体架202通过横向连接架203配合连接；风扇组件204与第一主体架201、第二主体架202以及横向连接架203配合连接，风扇组件204用于为无人机提供反向于重力的推力以及面向墙体的压力；第二动力装置205与风扇组件204配合连接，用于为风扇组件204提供动力；第二飞控处理器207与第二动力装置205连接，用于控制第二动力装置205调整无人机飞行姿态；驱动轮组件206设置于第一主体架201和第二主体架202上，检测时驱动轮组件206贴合被检墙体。

参考图11，横向连接架203包括第一横向连接架2031、第二横向连接架2032、第三横向连接架2033以及第四横向连接架2034；

第一横向连接架2031、第二横向连接架2032、第三横向连接架2033以及第四横向连接架2034的一端与第一主体架201连接，另一端与第二主体架202连接，第一横向连接架2031用于挂载敲击检测装置1。

进一步地，风扇组件204包括第一风扇2041、第二风扇2042、第三风扇2043以及第四风扇2044，第一风扇2041和第二风扇2042分别与第一主体架201和第二主体架202连接，用于提供面向墙体的压力，第三风扇2043与第三横向连接架2033以及第四横向连接架2034连接，用于提供反向于重力的推力；第四风扇2044与第二横向连接架2032连接，用于提供反向于重力的推力以及面向墙体的压力。

具体地，第一风扇2041和第二风扇2042用于提供面向墙体的压力，使得机器人可以贴合墙面，第一风扇2041和第二风扇2042的中轴线与被检墙面垂直，第三风扇2043用于提供反向于重力的推力，使得机器人可以飞行，第三风扇2043的中轴线与被检墙面平行，第四风扇2044与其投影面的夹角为0°-90°，第四风扇2044既提供反向于重力的推力，也提供面向墙体的压力，用于辅助第一风扇2041、第二风扇2042以及第三风扇2043。

第一风扇、第二风扇、第三风扇和第四风扇的设置和配合，能够使无人机平稳地贴合被检墙面飞行，保持重心平衡，第一风扇、第二风扇、第四风扇提供面向墙体的压力，避免墙面不平出现打滑现象。

第二动力装置205包括四个电机，分别为第一风扇、第二风扇、第三风扇和第四风扇提供动力。

驱动轮组件206包括第一驱动轮2061、第二驱动轮2062、第三驱动轮2063以及第四驱动轮2064，第一驱动轮2061和第二驱动轮2062分别设置于第一主体架201两端，第三驱动轮2063和第四驱动轮2064分别设置于第二主体架202两端。

无人机工作时，第一驱动轮2061、第二驱动轮2062、第三驱动轮2063以及第四驱动轮2064贴合被检墙面，使得无人机可以平稳的沿被检墙面飞行。

进一步地，无人机还包括转向机构和转向驱动装置，转向机构与驱动轮组件206配合连接，转向驱动装置与转向机构配合连接，用于为转向机构提供转向驱动力。

无人机对被检墙面进行检测的轨迹如图2和图3所示，无人机挂载的敲击检测装置对墙面进行检测，到达拐角处时，转向驱动装置为转向机构提供转向力，使得第一驱动轮2061、第二驱动轮2062、第三驱动轮2063以及第四驱动轮2064转向90°，到达下一拐弯处时再通过各个转向电机控制各个驱动轮转向90°，进入下一个方向飞行，继续进行检测。

通过设置转向机构，能够实现无人机在不旋转机身的情况下，从竖直方向飞行到水平方向飞行的平稳过渡，保持敲击检测装置姿态的均衡性。

本实施例提供的系统，通过无人机搭载敲击检测装置，采用风扇为无人机提供反向于重力的推力以及面向墙体的压力，使得无人机可以平稳地贴合被检墙面飞行，保持重心平衡；实现独自爬墙功能，无需外部干预，可直接由地面攀岩到墙面；通过设置转向机构，能够实现无人机在不旋转机身的情况下，从竖直方向飞行到水平方向飞行的平稳过渡，保持敲击检测装置姿态的均衡性。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。