一种基于电磁雷达的建筑外墙检测方法、装置及系统

技术领域

本申请涉及建筑检测技术领域，尤其涉及一种基于电磁雷达的建筑外墙检测方法、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

本发明提供了一种基于电磁雷达的建筑外墙检测方法、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评估。

一种基于电磁雷达的建筑外墙检测方法，无人机搭载电磁雷达按照预设轨迹贴合被检墙面飞行，飞行过程中电磁雷达扫描各条测线；

所述方法包括：

接收电磁雷达发送的扫描数据；

根据所述扫描数据，获得测线的位置信息；

根据测线的位置信息，计算该测线下的粘结砂浆的粘结面积；

根据各条测线下的粘结砂浆的粘结面积以及总检测面积，计算被检墙面的粘结率。

进一步地，被检墙面内的粘结砂浆包括砂浆边框和位于砂浆边框内的砂浆；

根据所述扫描数据，获得测线的位置信息，包括：

根据所述扫描数据，判断扫描的测线对应的区域是否存在粘结砂浆；

如果所述测线对应的区域存在连续的粘结砂浆且连续超过第一预设长度，则确定所述测线位于粘结砂浆的砂浆边框内；

如果所述测线对应的区域存在间断的粘结砂浆且间断不超过第二预设长度，则确定所述测线位于粘结砂浆的两条边框之间。

进一步地，根据测线的位置信息，计算该测线下的粘结砂浆的粘结面积，包括：

如果所述测线位于粘结砂浆的边框内，则该测线下的粘结砂浆的粘结面积为测线长度和测线间距的乘积；

如果所述测线位于粘结砂浆的两条边框之间，则该测线下的粘结砂浆的粘结面积为测线长度、测线间距以及粘结系数的乘积。

进一步地，所述粘结系数为砂浆边框内的砂浆的直径和测线间距的比值。

进一步地，所述被检墙面的粘结率为各条测线下的粘结砂浆的粘结面积之和与总检测面积的比值。

一种基于电磁雷达的建筑外墙检测装置，无人机搭载电磁雷达按照预设轨迹贴合被检墙面飞行，飞行过程中电磁雷达扫描各条测线；

所述装置包括：

接收模块，用于接收电磁雷达发送的扫描数据；

位置确定模块，用于根据所述扫描数据，获得测线的位置信息；

面积计算模块，用于根据测线的位置信息，计算该测线下的粘结砂浆的粘结面积；

粘结率计算模块，用于根据各条测线下的粘结砂浆的粘结面积以及总检测面积，计算被检墙面的粘结率。

一种基于电磁雷达的建筑外墙检测系统，包括无人机、电磁雷达、数据处理器以及存储模块，所述无人机用于搭载电磁雷达按照预设轨迹贴合被检墙面飞行，飞行过程中电磁雷达用于扫描各条测线；

所述存储模块存储有多条指令，所述数据处理器用于读取所述指令并执行：

接收电磁雷达发送的扫描数据；

根据所述扫描数据，获得测线的位置信息；

根据测线的位置信息，计算该测线下的粘结砂浆的粘结面积；

根据各条测线下的粘结砂浆的粘结面积以及总检测面积，计算被检墙面的粘结率。

进一步地，还包括地面控制站以及设置于所述无人机上的无线通信模块；所述无线通信模块与所述地面控制站通信连接，所述数据处理器设置于所述地面控制站，所述扫描数据通过所述无线通信模块发送至地面控制站。

进一步地，所述数据处理器设置于所述无人机上。

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基于电磁雷达的建筑外墙检测方法。

本发明提供的基于电磁雷达的建筑外墙检测方法、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，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为本发明提供的基于电磁雷达的建筑外墙检测方法一种实施例的结构框图。

图2为本发明提供的基于电磁雷达的建筑外墙检测方法一种实施例中预设轨迹的示意图。

图3为本发明提供的基于电磁雷达的建筑外墙检测方法另一种实施例中预设轨迹的示意图。

图4为本发明提供的基于电磁雷达的建筑外墙检测方法一种实施例中粘结砂浆的示意图。

图5为本发明提供的基于电磁雷达的建筑外墙检测装置一种实施例的结构框图。

图6和图7为本发明提供的基于电磁雷达的建筑外墙检测系统一种实施例的结构示意图。

图8为本发明提供的基于电磁雷达的建筑外墙检测系统中无人机一种实施例的结构框图。

图9为本发明提供的基于电磁雷达的建筑外墙检测系统中无人机一种实施例的结构示意图。

图10为本发明提供的基于电磁雷达的建筑外墙检测系统中无人机另一种实施例的结构框图。

图11为本发明提供的基于电磁雷达的建筑外墙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，本实施例提供一种基于电磁雷达的建筑外墙检测方法，无人机搭载电磁雷达按照预设轨迹贴合被检墙面飞行，飞行过程中电磁雷达扫描各条测线；

该方法包括：

S1、接收电磁雷达发送的扫描数据；

S2、根据所述扫描数据，获得测线的位置信息；

S3、根据测线的位置信息，计算该测线下的粘结砂浆的粘结面积；

S4、根据各条测线下的粘结砂浆的粘结面积以及总检测面积，计算被检墙面的粘结率。

具体地，在一些实施例中，预设轨迹如图2所示，测线位于预设轨迹的竖直方向，电磁雷达仅在竖直方向进行扫描。

在一些实施例中，预设轨迹还可以为图3所示，测线位于预设轨迹的横向上，电磁雷达仅在横向上进行扫描。

电磁雷达发射高频电磁波，高频电磁波在测量介质中进行传播并反射回波，电磁雷达接收反射的回波，根据不同介质的电特性不同，可以得出该被测介质的深度信息，从而识别被测介质。无人机在飞行过程中，电磁雷达进行扫描，即发射高频电磁波并接收回波，回波数据即扫描数据。对扫描数据进行分析，即根据发射时间轴以及电磁波在不同介质中的传播速度而得出测量表面下的不同介质界面，从而识别测线下是否存在粘结砂浆，进而获得测线的位置信息，根据测线的位置信息，计算该测线下的粘结砂浆的粘结面积，根据各条测线下的粘结砂浆的粘结面积以及总检测面积，计算被检墙面的粘结率。

进一步地，建筑的基层墙体外一般还包括饰面层、抗裂防护层和保温层等，其中，保温层包括保温板和用于粘结保温板的粘结层，粘结层包括粘结砂浆，参考图4，被检墙面内的粘结砂浆包括砂浆边框6和位于砂浆边框6内的砂浆7。

S2还包括：

S21、根据所述扫描数据，判断扫描的测线对应的区域是否存在粘结砂浆；

S22、如果所述测线对应的区域存在连续的粘结砂浆且连续超过第一预设长度，则确定所述测线位于粘结砂浆的竖向边框内；

S23、如果所述测线对应的区域存在间断的粘结砂浆且间断不超过第二预设长度，则确定所述测线位于粘结砂浆的两条竖向边框之间。

参考图4，测线的位置，包括测线位于粘结砂浆的边框内以及测线位于粘结砂浆的两条边框之间。当测线对应的区域存在连续的粘结砂浆且连续超过第一预设长度，则确定测线位于粘结砂浆的竖向边框内，第一预设长度根据实际情况设置，例如，第一测线AB位于粘结砂浆的砂浆边框6的边框内。测线对应的区域存在间断的粘结砂浆且间断不超过第二预设长度，则确定所述测线位于粘结砂浆的两条边框之间，第二预设长度根据实际情况设置，例如，第二测线CD和第三测线EF位于粘结砂浆的两条边框之间，第二测线CD经过砂浆边框6的上下边框，第三测线EF经过了砂浆边框6的上下边框和位于砂浆边框6内的砂浆7。

进一步，S3包括：

S31、如果所述测线位于粘结砂浆的竖向边框内，则该测线下的粘结砂浆的粘结面积为测线长度和测线间距的乘积；即：

其中，

S32、如果所述测线位于粘结砂浆的两条竖向边框之间，则该测线下的粘结砂浆的粘结面积为测线长度、测线间距以及粘结系数的乘积；即：

其中，

其中，粘结系数为砂浆边框内的砂浆的直径和测线间距的比值，即：

其中，R为位于砂浆边框内的砂浆的直径，d为测线间距。

施工过程中，位于砂浆边框6内的砂浆7的数量是固定的，根据行业标准可知位于砂浆边框6内的砂浆7的直径。

进一步地，S4中，所述被检墙面的粘结率为各条测线下的粘结砂浆的粘结面积之和与总检测面积的比值，即：

其中，N为粘结率，

在一些实施例中，粘结率N大于45%即为检测合格。

本实施例提供的基于电磁雷达的建筑外墙检测方法，通过电磁雷达实现建筑外墙的粘结砂浆的粘结率检测，不会造成墙面损坏，检测方法可靠，准确性高。

实施例二

参考图5，本实施例提供一种基于电磁雷达的建筑外墙检测装置，无人机搭载电磁雷达按照预设轨迹贴合被检墙面飞行，飞行过程中电磁雷达扫描各条测线；

所述装置包括：

接收模块301，用于接收电磁雷达发送的扫描数据；

位置确定模块302，用于根据所述扫描数据，获得测线的位置信息；

面积计算模块303，用于根据测线的位置信息，计算该测线下的粘结砂浆的粘结面积；

粘结率计算模块304，用于根据各条测线下的粘结砂浆的粘结面积以及总检测面积，计算被检墙面的粘结率。

其中，位置确定模块302根据所述扫描数据，判断扫描的测线对应的区域是否存在粘结砂浆；如果所述测线对应的区域存在连续的粘结砂浆且连续超过第一预设长度，则确定所述测线位于粘结砂浆的竖向边框内；如果所述测线对应的区域存在间断的粘结砂浆且间断不超过第二预设长度，则确定所述测线位于粘结砂浆的两条竖向边框之间。

面积计算模块303根据测线的位置信息，计算该测线下的粘结砂浆的粘结面积：如果所述测线位于粘结砂浆的竖向边框内，则该测线下的粘结砂浆的粘结面积为测线长度和测线间距的乘积；如果所述测线位于粘结砂浆的两条竖向边框之间，则该测线下的粘结砂浆的粘结面积为测线长度、测线间距以及粘结系数的乘积；其中，粘结系数为砂浆边框内的砂浆的直径和测线间距的比值。

粘结率计算模块304计算各条测线下的粘结砂浆的粘结面积之和与总检测面积的比值，获得被检墙面的粘结率。

本实施例提供的基于电磁雷达的建筑外墙检测装置，通过电磁雷达实现建筑外墙的粘结砂浆的粘结率检测，不会造成墙面损坏，检测方法可靠，准确性高。

实施例三

参考图6和图7，本实施例提供一种基于电磁雷达的建筑外墙检测系统，包括无人机1、电磁雷达2、数据处理器3以及存储模块4，无人机1用于搭载电磁雷达2按照预设轨迹贴合被检墙面飞行，飞行过程中电磁雷达2用于扫描各条测线；

存储模块4存储有多条指令，数据处理器3用于读取所述指令并执行：

接收电磁雷达发送的扫描数据；

根据所述扫描数据，获得测线的位置信息；

根据测线的位置信息，计算该测线下的粘结砂浆的粘结面积；

根据各条测线下的粘结砂浆的粘结面积以及总检测面积，计算被检墙面的粘结率。

其中，数据处理器为上述检测方法的执行主体，数据处理器还用于：根据所述扫描数据，判断扫描的测线对应的区域是否存在粘结砂浆；如果所述测线对应的区域存在连续的粘结砂浆且连续超过第一预设长度，则确定所述测线位于粘结砂浆的竖向边框内；如果所述测线对应的区域存在间断的粘结砂浆且间断不超过第二预设长度，则确定所述测线位于粘结砂浆的两条竖向边框之间。

进一步地，如果所述测线位于粘结砂浆的竖向边框内，则该测线下的粘结砂浆的粘结面积为测线长度和测线间距的乘积；如果所述测线位于粘结砂浆的两条竖向边框之间，则该测线下的粘结砂浆的粘结面积为测线长度、测线间距以及粘结系数的乘积。所述被检墙面的粘结率为各条测线下的粘结砂浆的粘结面积之和与总检测面积的比值。

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1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和存储模块4设置于地面控制站5，所述扫描数据通过无线通信模块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1上。

实施例四

本实施例提供一种基于电磁雷达的建筑外墙检测系统，包括电磁雷达以及用于搭载电磁雷达的无人机；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，机身挂载架101为四边形，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电磁雷达2，即电磁雷达2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可以为矩形，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可以为长方形，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，通过无人机搭载电磁雷达，无人机的机身挂载架的结构设计，便于搭载该电磁雷达，使得电磁雷达可以更接近被测墙面，电磁雷达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电磁雷达的建筑外墙检测系统，包括电磁雷达以及用于搭载电磁雷达的无人机；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204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用于挂载电磁雷达。

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101和第二主体架102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，转向驱动装置与总控制器连接。

无人机对被检墙面进行检测的轨迹如图2和图3所示，在竖直或者水平方向上，无人机挂载的电磁雷达对墙面进行检测，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°进行平移，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°，进入下一个垂直方向飞行，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，保持电磁雷达姿态的均衡性。

本实施例提供的系统，通过无人机搭载电磁雷达，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，保持电磁雷达姿态的均衡性。

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。