LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. HCM, tháng 10 năm 2017 NGUYỄN HOÀNG VŨ ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập, thực hiện và hoàn thành luận văn này, em đã nhận đƣợc sự hƣớng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị, các em và các bạn. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin đƣợc bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: Thầy TS.
Lê Anh Thắng, ngƣời thầy kính mến đã hết lòng giúp đỡ, dạy bảo, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp. Thầy là ngƣời định hƣớng, góp ý cũng nhƣ chỉ dạy phƣơng pháp làm việc, giúp em có thể hoàn thành luận văn một cách tốt nhất. Các quý thầy cô trong khoa Xây dựng, trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình chỉ dạy và truyền đạt kiến thức giúp em có thể đạt đƣợc kết quả nhƣ ngày hôm nay. Bên cạnh đó, em xin chân thành cảm ơn bố mẹ và gia đình đã luôn hỗ trợ, động viên về mặt vật chất và tinh thần, giúp em hoàn thành tốt đƣợc luận văn này.
Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình thực hiện, nhƣng luận vẫn có thể không tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả mong nhận đƣợc sự góp ý kiến của quý Thầy cô và bạn bè. HCM, tháng 10 năm 2017 NGUYỄN HOÀNG VŨ iii TÓM TẮT LUẬN VĂN Nứt bê tông là một hiện tƣợng phổ biến, hiện diện trong tất cả các loại cấu kiện bê tông. Việc xác định kích thƣớc, theo dõi số lƣợng và mức độ nghiêm trọng của vết nứt là rất quan trọng.
Các vết nứt bê tông ảnh hƣởng đến sự an toàn của kết cấu, gây hiện tƣợng xâm thực ăn mòn, làm giảm độ bền lâu của kết cấu, cần thiết phải xử lý hay gia cƣờng để tránh xảy ra sự cố cũng nhƣ công năng sử dụng công trình. Hiện nay ở Việt Nam việc đánh giá vết nứt trên cấu kiện bê tông cốt thép chủ yếu dựa vào kinh nghiệm, trực quan và cảm tính của ngƣời khảo sát. Phải kiểm tra thực tế và xác định hƣ hỏng trên cao vài chục mét nên cực kỳ nguy hiểm, tốn nhiều công sức. Vì vậy áp dụng công nghệ xử lý hình ảnh vào công tác quản lý các vết nứt trên cấu kiện bê tông cốt thép là hƣớng nghiên cứu khả thi trong điều kiện Việt Nam.
Hình ảnh sau khi thu thập bằng máy ảnh đƣợc đƣa vào máy tính xử lý và xuất ra cụ thể kết quả kích thƣớc của các vết nứt cấu kiên bê tông cốt thép (bao gồm chiều dài, chiều rộng). iv ABSTRACT Concrete cracking is a common problem in construction technique. It have bad effect to safety of the structure of construction, so that we need to monitor the growing up of crack. In most of construction in Viet Nam, the engineer still measure the crack manually.
This method is too dangerous and get high cost when the cracks appear in hard to reach areas. This thesis forcus on the algorithm to make the classfication and measurement the size of concrete cracks easier. The proposed algorithm based on the image-processing algorithms, so that the widh and length of crack will be measure by its image. v MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC.
i LỜI CAM ĐOAN. ii LỜI CẢM ƠN ……………………………………………………………….iii TÓM TẮT LUẬN VĂN. vi DANH SÁCH CÁC BẢNG. ix DANH SÁCH CÁC HÌNH.
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .1 Giới thiệu chung về đề tài.2 Sự cần thiết của đề tài nguyên cứu .3 Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài .1 Nghiên cứu trên thế giới .2 Nghiên cứu trong nƣớc .3 Nhận xét chung về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc .4 Mục tiêu nghiên cứu .5 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài .1 Nhiệm vụ nghiên cứu .2 Giới hạn của đề tài .6 Phƣơng pháp nghiên cứu. CƠ SỞ NGHIÊN CỨU .1 Giới thiệu ảnh số.3 Ảnh nhị nhân .1 Phân ngƣỡng nhị phân .2 Thuật toán phân ngƣỡng Otsu .3 Phƣơng pháp khử nhiễu dựa trên k-Nearest Neighbors .3 Nhận dạng vết nứt.1 Trình bày tóm tắt về phân lớp dữ liệu .2 Tổng quan mạng neural nhân tạo. XỮ LÝ ẢNH NỨT TRÊN BỀ MẶT BÊ TÔNG .2 Nhị phân hóa ảnh nứt.4 Phân loại vết nứt .5 Đo đạc vết nứt.1 Đo chiều dài vết nứt .2 Đo chiều rộng vết nứt. THU THẬP DỮ LIỆU, ĐO ĐẠC VÀ ĐÁNH GIÁ .1 Thu thập dữ liệu đo đạc: .2 Thu thập dữ liệu:.3 Đo đạc vết nứt trên thực nghiệm .1 Đo bề rộng vết nứt.2 Đo chiều dài vết nứt.4 Đánh giá sai số đo.
46 vii CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ .2 Kiến nghị và hƣớng phát triển của đề tài. 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 50 PHỤ LỤC I: CHƢƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG.
54 PHỤ LỤC II: MÃ NGUỒN CỦA CHƢƠNG TRÌNH. 57 PHỤ LỤC III: TẬP ẢNH THỬ NGHIỆM. 66 viii DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1: Số liệu đánh giá kết quả đo. 47 ix DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Nứt Sàn Trung tâm văn hóa thể thao xã Hòa Liên Đà Nẵng .2: Nứt dầm nhà cao tầng Khách sạn Bạch Đằng Đà Nẵng .3: Nứt trụ Trung tâm văn hóa thể thao xã Hòa Liên .4: Hình ảnh máy bay không ngƣời lái trang bị Camera .5: Hình ảnh máy bay không ngƣời lái trang bị Camera .1: Quá trình lấy mẫu .2: Lƣợng tử hai bit.3: Lƣợng tử 3 bit .4: Hệ màu RGB .6: Đồ thị mức xám của vết nứt .7: Ảnh nhị phân biểu diễn dƣới dạng số .8: Hình ảnh phân ngƣỡng .9: Thuật toán k-nearest neighbours .10: Ảnh vết nứt sau khi đƣợc nhị phân hóa .12: Hình ảnh vết nứt sau khi đƣợc khử nhiễu .13: Ví dụ xây dựng mô hình [24] .14: Sử dụng mô hình [24] .15: Neural sinh học [25].16: Mô hình toán học của một neural [25] .17: Mô hình mạng neural 1 lớp.18: Kiến trúc mạng neural nhiều lớp [25] .1: Sơ đồ giải thuật xử lý ảnh nứt .3: Nhị phân hóa vết nứt .4: Quá trình chuyển đôi từ ảnh màu sang ảnh nhị phân .5: Quá trình khử nhiễu .6: Ảnh nhị phân trƣớc và sau khi áp dụng kNN - filter .7: Ví dụ về vùng liên thông .8: Kết quả khử nhiễu dựa trên diện tích (giá trị ngƣỡng 200 pixel) .9: Kiến trúc mạng neural .10: Kết quả dự đoán với ảnh không nứt .11: Ảnh nhị phân của vùng vết nứt .12: Đƣờng khung của vết nứt.13: Đƣờng nhánh giả .14: Điểm Brand Point và điểm End Point .15: Lọc nhiễu đƣờng khung .16: Lƣu đồ giải thuật tính chiều rộng vết nứt .17: Xác định chiều rộng vết nứt .2: Đo bề rộng vết nứt .3: Đo chiều dài vết nứt .4: Ví dụ về vết nứt đƣợc vẽ trên CAD .5: Ví dụ về ảnh vết nứt chụp tại hiện trƣờng .6: Nguyên nhân sai số lớn ở mẫu cad_03.
47 xi CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung về đề tài Nứt là một hiện tƣợng bệnh lý đặc trƣng của kết cấu bê tông cốt thép, sự xuất hiện các khe nứt báo hiệu tình trạng suy giảm tính năng chịu lực của kết cấu. Bắt đầu từ những vết nứt đầu tiên do co ngót trong giai đoạn thi công cho đến những khe nứt gẫy của kết cấu bê tông cốt thép, hiện tƣợng nứt thực sự là một tiêu chí quan trọng để đánh giá tình trạng chịu tải của kết cấu công trình. Vì vậy, sự xuất hiện các khe nứt trên kết cấu bê tông cốt thép luôn đặt ra những câu hỏi cần đƣợc giải đáp và xử lý thỏa đáng.
Các vết nứt cần đƣợc quản lý, theo dõi ngay từ khi vết nứt bắt đầu xuất hiện trên bề mặt bê tông. Nó cần đƣợc xử lý kịp thời trƣớc khi gây ra ảnh hƣởng đến sự an toàn của kết cấu bê tông cốt thép, gây hiện tƣợng xâm thực ăn mòn, làm giảm độ bền lâu của kết cấu, cần thiết phải xử lý hay gia cƣờng để tránh xảy ra sự cố cũng nhƣ công năng sử dụng công trình. Trong nhiều trƣờng hợp, tùy theo nhu cầu sử dụng mà hiện tƣợng nứt bề mặt bê tông có thể chấp nhận đƣợc mà không đòi hỏi xử lý hay gia cƣờng bổ sung khi kiểm tra, đánh giá cho thấy bề mặt cấu kiện bê tông cốt thép đảm bảo các yêu cầu chịu lực và chiều dài, bề rộng vết nứt nằm trong giới hạn cho phép của quy chuẩn, tiêu chuẩn. Vết nứt trong kết cấu bê tông cốt thép do nhiều nguyên nhân gây nên nhƣ do tác động của lực hoặc do ứng suất nhiệt và ứng suất co ngót.
Thông thƣờng phân loại vết nứt nhƣ sau: Theo nguyên nhân xuất hiện: Vết nứt do tác động của ngoại lực trong quá trình sử dụng. Vết nứt do tác động của cốt thép ứng lực trƣớc lên bê tông. Vết nứt công nghệ do co ngót bê tông, do mức độ đầm vữa bê tông kém, chƣng hấp bê tông không đều, do chế độ nhiệt - ẩm. Vết nứt hình thành do cốt thép bị ăn mòn.
1 Theo mức độ nguy hiểm: Vết nứt chứng tỏ tình trạng nguy hiểm của kết cấu. Vết nứt làm tăng độ thấm nƣớc của bê tông (ở tƣờng tầng hầm). Vết nứt làm giảm tuổi thọ kết cấu do cốt thép bị ăn mòn. “Vết nứt thƣờng” không gây nguy hiểm cho kết cấu (bề rộng vết nứt thƣờng không vƣợt quá giá trị giới hạn cho phép của tiêu chuẩn).
Các vết nứt do tác động của lực thƣờng xuất hiện theo phƣơng vuông góc với ứng suất kéo chính. Vết nứt do co ngót bê tông trong các kết cấu phẳng thƣờng phân bố theo thể tích, còn trong các kết cấu có hình dạng phức tạp thƣờng tập trung ở những chỗ giáp nhau (nhƣ ở chỗ tiếp giáp giữa sƣờn và cánh trong bản sàn, trong dầm chữ T…), vết nứt do ăn mòn dọc theo cốt thép bị ăn mòn. Mỗi dạng hƣ hỏng nứt trên cấu kiện bê tông cốt thép thƣờng đánh giá dựa trên những chỉ số khác nhau: Ví dụ với dạng nứt đơn (ngang, dọc), nứt rẽ nhánh, ngƣời ta thƣơng quan tâm đến tổng chiều dài và bề rộng vết nứt. Việc phân loại nứt là một công tác quan trọng.
Nó đƣợc thực hiện để phân loại động các vết nứt trong vô số hình ảnh trên bề mặt các cấu kiện bê tông cốt thép thu thập từ camera.2 Sự cần thiết của đề tài nguyên cứu Sƣ tăng trƣởng nhanh của nền kinh tế nƣớc ta trong những năm gần đây đã thúc đẩy mạnh mẽ tốc độ phát triển của ngành xây dựng về số lƣợng và đa dạng loại hình kết cấu.