考虑大气扰动的相机链桥梁挠度测量方法及其测量装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115824537A(43)申请公布日2023.03.21(21)申请号202211374562.3(22)申请日2022.11.01(71)申请人江苏科技大学地址212100江苏省镇江市丹徒区长晖路666号(72)发明人于姗姗张建姜芃旭蓝定潮郭耀耀吉雨婷房菊(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200专利代理师袁姝(51)Int.Cl.G01M5/00(2006.01)G01B11/16(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称考虑大气扰动的相机链桥梁挠度测量方法及其测量装置(57)摘要本发明公开了一种考虑大气扰动的相机链桥梁挠度测量方法，提出从降维，即只关注与测量位移相关的相机姿态、考虑系统随动姿态和倾角传感约束三方面对传统的对视消扰结构进行优化设计，建立大气扰动与相机随动耦合作用下的降维对视消扰和桥梁挠度测量模型，最终形成一种考虑大气扰动像点漂移的相机链桥梁挠度在线测量方法。并提供了其测量装置。本发明为桥梁结构的智慧诊断与运维提供重要的技术支撑，进一步提高了在远距离测量时的精度，本发明中每个测站的标志点只需要一个红外灯即可，降低了工程实施难度和测量成本，缩短了响应的数据提取时间，降低成本。CN115824537ACN115824537A权利要求书1/2页1.一种考虑大气扰动的相机链桥梁挠度测量方法，其特征在于包括以下步骤：S1：相机链以及每个相机上安装的高精度倾角传感器准备就绪；S2：确定合作目标到其被监视相机的物距d,计算方大系数k：其中，f为镜头焦距，l为相机靶面的像元尺寸；S3：倾角传感器追踪每个相机的转动姿态变化量，包括俯仰角θ以及旋转角β；S4：相机采集计算图，以初始时刻计算图为参考图，在初始参考图Frame_0中确定灯靶目标的粗略计算窗口M×N，保持不变，通过灰度平方质心法确定合作靶标在图像序列Frame_j中的中心像素坐标(xj,yj)：其中，g(x,y)表示像素坐标(x,y)处的灰度；由(xj,yj)确定每个图像采集时刻的合作靶标在采集图像中的竖向位移hj：hj＝yj‑y0(3)S5：在初始图像帧Frame_0中确定目标中心到图像中心的像素距离：其中，(xc,yc)表示图像中心的像素坐标，这里参数r只在初始图像中计算，后续图像时刻沿用该数值，属于已知的常量；S6：将上诉参数带入考虑相机角度姿态变化，以及大气扰动的对视监测模型中：其中，c(i)表示第i个相机测站，M(i)表示第i个相机测站上的合作标志点；ΔYM表示合作标志点自身的实际竖向位移；ΔYc表示相机的实际竖向位移；表示由于大气扰动作用引起的合作标志点M(i+1)在相机C(i)中的y方向的成像偏差，同理，表示由于大气扰动作用引起的合作标志点M(i)在相机C(i+1)中的y方向的成像偏差；α表示目标像点位置和图像中心点的连线与水平轴的夹角；该方程的约束条件如下：a.根据已有研究结论，b.标志点与固接的相机测站的竖向位移保持一致，每个测站的双头相机的竖向位移也c(i)保持一致，即，ΔY＝ΔYM(i)；S7：采用主成分分析法求解方程组(5)，得到ΔY就是测站所在的结构位置发生的竖向2CN115824537A权利要求书2/2页位移，也就是挠度。2.根据权利要求1所述的考虑大气扰动的相机链桥梁挠度测量方法，其特征在于：在步骤S6中，ΔYM即为合作标志点所在结构位置的竖向位移，对于安装在相机链端部的稳定标志点，该值为零。3.根据权利要求1所述的考虑大气扰动的相机链桥梁挠度测量方法，其特征在于：在步骤S6中，ΔYC即为相机所在桥梁结构位置的竖向位移。4.根据权利要求1所述的考虑大气扰动的相机链桥梁挠度测量方法，其特征在于：在步骤S6中，对大气扰动的成像偏移设为一维，即与竖向位移相关的Δy相应的合作标志点是一个单点。5.一种使用权利要求1～4任一所述的考虑大气扰动的相机链桥梁挠度测量方法的测量装置，其特征在于：包括多个沿桥梁延伸方向间隔安装于其上构成一条相机链的相机检测系统，相机检测系统包括相机、倾角传感器、标志点、无线网卡，相机内嵌有CPU和在线图像处理软件，相机设有两个，沿横向背对背固结为一个双头反向图像测量系统，其上表面的中部安装有一个标志点，下表面的中部安装有倾角传感器，无线网卡安装于其中一个相机上，相机、倾角传感器分别通过无线网卡与远程控制终端信号连接，每个双头反向图像测量系统分别观测前后相邻两个相机检测系统上的标志点。6.根据权利要求5所述的使用考虑大气扰动的相机链桥梁挠度测量方法的测量装置，其特征在于：标志点为红外灯靶，桥梁总长度的4等分或者8等分点处分别设有一个相机检测系统。3CN115824537A说明书1/5页考虑大气扰动的相机链桥梁挠度测量方法