«Наш новый подход к обнаружению деформаций зданий можно использовать для непрерывного отслеживания перемещений. Для мостов измеренные деформации можно использовать для противодействия внешним нагрузкам, таким как грузовик, проезжающий по мосту, тем самым увеличивая срок службы моста », – сказал Флавио Герра из Университета Штутгарта, член исследовательской группы. "Поскольку он работает в режиме реального времени, его можно использовать для включения предупреждения в момент обнаружения любых новых деформаций, которые могут привести к трещинам."
Исследователи во главе с Тобиасом Хейстом описывают новую технику в журнале The Optical Society (OSA) Applied Optics.
Исследование проводилось в рамках проекта, направленного на разработку технологий, необходимых для создания зданий, которые адаптируются к условиям окружающей среды, таким как солнечный свет, температура воздуха, ветер и землетрясения.
«Когда-нибудь у нас могут быть легкие здания, которые меняют форму в ответ на сложные силы ветра и могут оставаться неподвижными во время землетрясения», – сказал Герра. «Этот тип адаптации требует чрезвычайно точного измерения деформации здания, чтобы оценить текущее состояние здания и предсказать направление, в котором оно, вероятно, будет двигаться."
Метод, основанный на видении
Новый метод предполагает установку камеры на штатив на небольшом расстоянии от фасада здания и прикрепление к зданию небольших излучателей света. Затем камера определяет, движутся ли источники света относительно друг друга.
Компьютерная голограмма используется для создания нескольких копий изображения каждого источника света на датчике изображения. Усреднение движения нескольких копий лазерного пятна помогает уменьшить ошибки измерения, такие как шум, обеспечивая погрешность измерения ниже сотой доли пикселя. Использование нескольких камер повысит точность еще больше и позволит использовать эту технику на очень больших структурах.
Хотя оптоволоконные датчики могут использоваться для мониторинга состояния конструкций, их необходимо устанавливать при строительстве здания.
Новая система на основе камеры может быть присоединена после сборки и использует менее дорогое оборудование, чем оптоволоконные системы.
«Используемый нами подход к многоточечным измерениям основан на относительно простом методе, разработанном для управления координатно-измерительными машинами», – сказал Герра. «Однако мы впервые применили многоточечный метод к крупным объектам на открытом воздухе в меняющихся условиях окружающей среды в режиме реального времени."
Исследователи отмечают, что большинство систем видеонаблюдения освещают объект – в данном случае здание – и затем снимают его с помощью камеры.
Они использовали другой подход, прикрепив излучатели света к зданию и направив свет прямо на камеру. Эта установка позволяет проводить более быстрые и точные измерения, поскольку камера получает больше света.
Мониторинг прототипа адаптивной структуры
Исследователи использовали свой новый метод для отслеживания очень малых перемещений рамы прототипа адаптивного здания высотой 9 метров. Их измерения хорошо согласовывались с данными виброметра и тензодатчика, полученными для прототипа.
Затем исследователи планируют использовать систему для измерения движения в реальных зданиях.
Они также планируют сделать программное обеспечение более надежным и избыточным, чтобы оно было надежным для непрерывных измерений 24 часа в сутки.