用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量裝置，包括成像系統(tǒng)(12)和安裝在橋梁(11)測(cè)量點(diǎn)上的不少于一只的測(cè)量靶標(biāo)(13)，其特征在于：還包括安裝在橋梁(11)上變形或位移變化可忽略區(qū)域的基準(zhǔn)靶標(biāo)(14)，所述的基準(zhǔn)靶標(biāo)(14)和測(cè)量靶標(biāo)(13)在成像系統(tǒng)(12)的敏感元的不同位置上成像，測(cè)量點(diǎn)的位移或變形參數(shù)根據(jù)測(cè)量靶標(biāo)(13)和基準(zhǔn)靶標(biāo)(14)的測(cè)量結(jié)果，并扣除了因載荷加載引起的橋梁彎曲變形帶來(lái)的影響后計(jì)算而得；本發(fā)明扣除因載荷加載引起的橋梁彎曲變形帶來(lái)的影響，從而提高了系統(tǒng)測(cè)量精度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于力學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于橋梁位移和形變測(cè)量裝置，特別是 一種自校準(zhǔn)的遠(yuǎn)程位移或形變測(cè)量的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 橋梁變形主要包括靜態(tài)變形和動(dòng)態(tài)變形，靜態(tài)變形是指地基下陷、傾斜和應(yīng)力松 弛等變化很慢的變形，動(dòng)態(tài)變形是指由于風(fēng)、溫度、地震、交通負(fù)載或現(xiàn)場(chǎng)施工等引起的短 期變形，其參數(shù)監(jiān)測(cè)對(duì)于目標(biāo)的安全評(píng)估分析具有重要的作用。
[0003] 傳統(tǒng)的橋梁如橋梁，其變形檢測(cè)的儀器有百分表、千分表、加速計(jì)、水準(zhǔn)儀、經(jīng)煒儀 等。目前，這些儀器在橋梁驗(yàn)收、定期檢測(cè)中仍然廣泛使用，但是需要專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，費(fèi)時(shí)、 費(fèi)力，人為誤差大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)在線、實(shí)時(shí)、自動(dòng)、智能測(cè)量。近年來(lái)，信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展 大大帶動(dòng)了橋梁變形測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，涌現(xiàn)了許多新技術(shù)和新方法，比如激光撓度法和GPS (Global Position System)定位測(cè)量法。激光燒度儀能實(shí)現(xiàn)亞毫米的位移測(cè)量，但是量程 僅能達(dá)到數(shù)十厘米，不能滿(mǎn)足跨距較大的用于橋梁大變形的測(cè)量，其垂直位移可達(dá)米級(jí)； GPS定位測(cè)量法可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線測(cè)量橋梁的大變形，但是其精度智能達(dá)到厘米級(jí)，且費(fèi)用高 昂，限制了其推廣應(yīng)用。
[0004] 自從70年代末期固體圖像傳感器出現(xiàn)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外有不少學(xué)者以CCD等圖像傳感 器為媒介，將圖像處理技術(shù)用于橋梁、混凝土梁變形測(cè)量的研究。申請(qǐng)?zhí)枮?00820241096.0 的中國(guó)專(zhuān)利"一種基于機(jī)器視覺(jué)的橋梁動(dòng)位移測(cè)量裝置"公開(kāi)了一種通過(guò)激光源和CCD結(jié)合 測(cè)量大橋動(dòng)態(tài)變形的測(cè)量裝置，通過(guò)在橋梁遠(yuǎn)端用CCD記錄大橋變形過(guò)程中激光光束的位 置變化，計(jì)算得到大橋的變形參數(shù)。目前這類(lèi)位移傳感器存在的主要問(wèn)題是:CCD圖像傳感 器需要與準(zhǔn)直激光器聯(lián)合使用，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。
[0005] 申請(qǐng)?zhí)枮?01410145554.0的中國(guó)專(zhuān)利"一種橋梁實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)"公開(kāi)了一種橋梁 動(dòng)態(tài)位移的遠(yuǎn)程測(cè)量裝置，使用中將加電靶標(biāo)固定在遠(yuǎn)離橋梁的固定目標(biāo)上，而在橋梁需 要監(jiān)測(cè)位移的地方安裝有CCD像機(jī)，使得靶標(biāo)成像在CCD光敏元上，通過(guò)實(shí)時(shí)獲得的靶標(biāo)圖 像在CCD上的位置，計(jì)算得到橋梁待測(cè)點(diǎn)上的動(dòng)態(tài)位移。這種方案存在的問(wèn)題是受到施工條 件的限制，CCD像機(jī)通常也固定橋梁的橋身上，故CCD所在的位置也隨著外界環(huán)境、應(yīng)力載荷 變化而產(chǎn)生變形，特別是由于測(cè)量靶點(diǎn)和CCD像機(jī)安裝位置有一定的距離，當(dāng)載重車(chē)輛行駛 至橋梁中部時(shí)，整個(gè)橋梁會(huì)彎曲變形，引起CCD像機(jī)相對(duì)于水平方向產(chǎn)生一個(gè)傾角，該傾角 在對(duì)遠(yuǎn)距離設(shè)置的測(cè)量靶標(biāo)成像時(shí)會(huì)放大為一個(gè)較大的位移，從而在測(cè)量的參數(shù)結(jié)果上疊 加了一個(gè)系統(tǒng)本底誤差，大大影響了測(cè)量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提出了一種用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量裝置及方法，在傳統(tǒng) 測(cè)量靶標(biāo)的基礎(chǔ)上增加了一只基準(zhǔn)靶標(biāo)，且該基準(zhǔn)靶標(biāo)固定在位移和變形可忽略的區(qū)域， 利用同一只成像單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)靶標(biāo)和測(cè)量靶標(biāo)位置隨時(shí)間的變化，克服了成像單元因 外界載荷加載時(shí)導(dǎo)致的橋梁彎曲變形帶來(lái)的系統(tǒng)誤差，大大提高了測(cè)量精度。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容如下：
[0008] 用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量裝置，包括數(shù)據(jù)處理中心、成像系統(tǒng)和 安裝在橋梁測(cè)量點(diǎn)上的不少于一只的測(cè)量靶標(biāo)，還包括安裝在橋梁上變形或位移變化可忽 略區(qū)域的基準(zhǔn)靶標(biāo)，所述的基準(zhǔn)靶標(biāo)和測(cè)量靶標(biāo)在成像系統(tǒng)的敏感元的不同位置上成像， 測(cè)量點(diǎn)的位移或變形參數(shù)根據(jù)測(cè)量革G標(biāo)和基準(zhǔn)革E1標(biāo)的測(cè)量結(jié)果，并扣除了因載荷加載引起 的橋梁彎曲變形帶來(lái)的影響后計(jì)算而得。
[0009] 上述用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量裝置中，成像系統(tǒng)、測(cè)量靶標(biāo)、基準(zhǔn) 靶標(biāo)通過(guò)不同長(zhǎng)度的支桿固定在橋梁上，使得測(cè)量靶標(biāo)和基準(zhǔn)靶標(biāo)在成像系統(tǒng)的敏感元的 不同位置上成像。
[0010] 上述用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量裝置中，基準(zhǔn)靶標(biāo)和測(cè)量靶標(biāo)靶為 特定圖案或連續(xù)工作的加電靶標(biāo)。
[0011] 上述用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量裝置中，加電靶標(biāo)為排成一定形狀 的LED或LD燈帶。
[0012] 上述用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量裝置中，成像系統(tǒng)包括光學(xué)鏡頭、 圖像傳感器、核心控制功能單元、處理存儲(chǔ)單元和遠(yuǎn)程通訊單元；圖像傳感器為CCD或CMOS 傳感器，核心控制功能單元包括觸發(fā)信號(hào)檢測(cè)模塊、圖像數(shù)據(jù)采集模塊、圖像灰度化及縮放 模塊和靶標(biāo)圖像特征提起及識(shí)別模塊，用于靶標(biāo)圖像的處理和識(shí)別;處理存儲(chǔ)單元與核心 控制功能單元相聯(lián)，用于圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理;所述的遠(yuǎn)程通訊單元與處理存儲(chǔ)單元聯(lián) 接，用于圖像數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程發(fā)送。
[0013] 上述用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量裝置中，所述的成像系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線 GPRS系統(tǒng)、無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊或光纜傳輸系統(tǒng)將測(cè)量結(jié)果傳輸至數(shù)據(jù)處理中心。
[0014] 上述用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量裝置中，核心控制功能單元由DSP 構(gòu)建。
[0015] 上述用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量裝置中，成像系統(tǒng)為CCD像機(jī)或 CMOS傳感器。
[0016] 用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量方法，包括以下步驟：
[0017] [1]安裝:在大型結(jié)構(gòu)物上安裝測(cè)量靶標(biāo)和基準(zhǔn)靶標(biāo)，其中測(cè)量靶標(biāo)安裝在待測(cè)量 點(diǎn)位置，基準(zhǔn)靶標(biāo)設(shè)置在變形或位移變化可忽略區(qū)域；
[0018] [ 2 ]測(cè)量:開(kāi)啟成像系統(tǒng)，使得基準(zhǔn)革E標(biāo)和測(cè)量革E標(biāo)在成像系統(tǒng)的敏感元的不同位 置上成像，獲取基準(zhǔn)靶標(biāo)和測(cè)量靶標(biāo)的位移值。
[0019] [3]校準(zhǔn):對(duì)成像系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲取基準(zhǔn)靶標(biāo)和測(cè)量靶標(biāo)的位移值;并根據(jù) 基準(zhǔn)靶標(biāo)的位置值，對(duì)測(cè)量靶標(biāo)的位移值進(jìn)行修正校準(zhǔn)，扣除了因載荷加載引起的橋梁彎 曲變形帶來(lái)的測(cè)量誤差，獲得測(cè)量靶標(biāo)所在測(cè)量點(diǎn)的真實(shí)位移值。
[0020] 上述用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量方法中，步驟[3]中的校準(zhǔn)步驟包 括：
[0021] [3.1]根據(jù)測(cè)量靶標(biāo)的位置變化值，并結(jié)合測(cè)量靶標(biāo)與成像系統(tǒng)之間的距離、成像 系統(tǒng)的光學(xué)參數(shù)，計(jì)算得到測(cè)量靶標(biāo)的位移值XI;
[0022] [3.2]根據(jù)基準(zhǔn)靶標(biāo)的位置變化值，并結(jié)合基準(zhǔn)靶標(biāo)與成像系統(tǒng)之間的距離、成像 系統(tǒng)的光學(xué)參數(shù)，計(jì)算得到基準(zhǔn)靶標(biāo)的位移值xo;
[0023] [3.3]經(jīng)校準(zhǔn)后測(cè)量靶標(biāo)所在的測(cè)量點(diǎn)的位移
[0024]其中L1為成像系統(tǒng)與測(cè)量靶標(biāo)之間的距離，L0為成像系統(tǒng)與基準(zhǔn)靶標(biāo)之間的距 離。
[0025] 本發(fā)明具有的有益技術(shù)效果如下：
[0026] 1、本發(fā)明在現(xiàn)有CCD像機(jī)和測(cè)量靶標(biāo)組成的位移測(cè)量裝置的基礎(chǔ)上，增加了一只 基準(zhǔn)靶標(biāo)，其在測(cè)量中引起的位移或變形可忽略為零;安裝調(diào)試中，使得基準(zhǔn)靶標(biāo)和測(cè)量靶 標(biāo)同時(shí)成像在CCD像機(jī)上，并在數(shù)據(jù)處理中根據(jù)測(cè)量靶標(biāo)和基準(zhǔn)靶標(biāo)的測(cè)量結(jié)果，扣除因載 荷加載引起的橋梁彎曲變形帶來(lái)的影響，從而提高了系統(tǒng)測(cè)量精度。
[0027] 2、本發(fā)明的核心控制功能單元采用嵌入式系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊可靠，方便應(yīng)用；同時(shí)設(shè) 置有遠(yuǎn)程通訊傳輸單元，可將測(cè)量的結(jié)果通過(guò)GPRS系統(tǒng)、3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等無(wú)線傳輸系統(tǒng)或光 纜等有線傳輸系統(tǒng)，傳輸至遠(yuǎn)端的值班室，滿(mǎn)足了遠(yuǎn)程無(wú)人值守全天候的野外工作要求。 [0028] 3、本發(fā)明的靶標(biāo)采用加電的LED或LD燈帶作為靶標(biāo)，可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)全天候的工 作，并具有特征目標(biāo)提取方便和準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)，測(cè)量精度也相應(yīng)提高。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1為本發(fā)明自校準(zhǔn)式測(cè)量裝置在普通橋梁上應(yīng)用示意圖；
[0030] 圖2為圖1測(cè)量裝置在普通橋梁上安裝應(yīng)用俯視圖；
[0031 ]圖3為基準(zhǔn)靶標(biāo)和測(cè)量靶標(biāo)在CCD像元上成像位置示意圖；
[0032]圖4為本發(fā)明采用基準(zhǔn)靶標(biāo)校準(zhǔn)測(cè)量靶標(biāo)因橋梁載重后彎曲變形原理示意圖； [0033]圖5為本發(fā)明成像系統(tǒng)組成原理示意圖；
[0034]附圖標(biāo)記如下：1 一光學(xué)鏡頭；2-圖像傳感器；3-觸發(fā)控制單元;4一遠(yuǎn)程通訊單 兀；5-核心控制功能單兀；6-處理存儲(chǔ)單兀；11 一橋梁；12-成像系統(tǒng)；13-測(cè)量祀標(biāo)； 14一基準(zhǔn)革巴標(biāo)；15-支桿；16-測(cè)量革巴標(biāo)圖像；17-基準(zhǔn)革巴標(biāo)圖像；18-顯不屏#; 19 一載重 車(chē)輛。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 在成像法用于橋梁位移監(jiān)測(cè)中，CCD像機(jī)通常安裝在位移較小的區(qū)域，但是當(dāng)載重 車(chē)輛19行駛至橋梁中部時(shí)，整個(gè)橋梁會(huì)彎曲變形，引起CCD像機(jī)相對(duì)于水平方向產(chǎn)生一個(gè)傾 角，該傾角在對(duì)遠(yuǎn)距離設(shè)置的測(cè)量靶標(biāo)成像時(shí)會(huì)放大為一個(gè)較大的位移，從而在測(cè)量的參 數(shù)結(jié)果上疊加了一個(gè)系統(tǒng)本底誤差，大大影響了測(cè)量精度。
[0036] 如圖1所示，本發(fā)明用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量裝置，包括成像系統(tǒng) 12、安裝在橋梁測(cè)量點(diǎn)上的不少于一只的測(cè)量靶標(biāo)13,和安裝在橋梁上變形或位移變化可 忽略區(qū)域的基準(zhǔn)靶標(biāo)14,基準(zhǔn)靶標(biāo)14和測(cè)量靶標(biāo)13在成像系統(tǒng)12的敏感元的不同位置上成 像，測(cè)量點(diǎn)的位移或變形參數(shù)根據(jù)測(cè)量靶標(biāo)13和基準(zhǔn)靶標(biāo)14的測(cè)量結(jié)果，并扣除了因載荷 加載引起的橋梁彎曲變形帶來(lái)的影響后計(jì)算而得。
[0037] 如圖2所示，成像系統(tǒng)12、測(cè)量靶標(biāo)13和基準(zhǔn)靶標(biāo)14通過(guò)不同長(zhǎng)度的支桿15固定在 橋梁上，使得測(cè)量靶標(biāo)13和基準(zhǔn)靶標(biāo)14在成像系統(tǒng)12的敏感元的不同位置上成像。其中測(cè) 量靶標(biāo)13可以為多只，圖中為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，只畫(huà)出一只。
[0038] 如圖3所示，測(cè)量靶標(biāo)13和基準(zhǔn)靶標(biāo)14在(XD光敏元上的成像，圖中16、17分別為測(cè) 量靶標(biāo)圖像和基準(zhǔn)靶標(biāo)圖像，18為顯示屏幕。通過(guò)不同長(zhǎng)度的支桿，可將測(cè)量靶標(biāo)、基準(zhǔn)靶 標(biāo)的圖像呈在CCD像元沿水平方向不同的位置上，由于基準(zhǔn)靶標(biāo)14處在位移為零或位移很 小的橋墩附近，因此其位移可忽略，而測(cè)量靶標(biāo)13和成像系統(tǒng)12會(huì)因?yàn)楫?dāng)載重車(chē)輛駛?cè)霕?梁時(shí)，橋梁產(chǎn)生彎曲變形而使得測(cè)量靶標(biāo)13的圖像產(chǎn)生上下方向的位移xl，而成像系統(tǒng)CCD 因自身變化，引起相當(dāng)于基準(zhǔn)靶標(biāo)14的位移xO。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行校正扣除，可得到準(zhǔn)確的測(cè)量 點(diǎn)位移值。
[0039] 如圖4所示，當(dāng)載重車(chē)輛19行駛至橋梁11中部時(shí)，橋梁11會(huì)產(chǎn)生垂直方向的彎曲變 形，導(dǎo)致成像系統(tǒng)12的軸線產(chǎn)生傾角為Θ的向下方向扭轉(zhuǎn)。對(duì)于基準(zhǔn)靶標(biāo)14而言，由于其安 裝在橋墩或其他位移或形變可忽略的區(qū)域，則可以得到：
[0040] tanB =X0/L0 (1)
[0041] 其中Θ為成像系統(tǒng)12的傾角，X0為基準(zhǔn)靶標(biāo)在成像系統(tǒng)中的位移，L0為成像系統(tǒng)與 基準(zhǔn)靶標(biāo)之間的距離。
[0042] 而對(duì)于測(cè)量靶標(biāo)而言，校準(zhǔn)前其在成像系統(tǒng)中的位移為XI，是因?yàn)槌上裣到y(tǒng)產(chǎn)生 傾角后導(dǎo)致其值縮小，而真實(shí)的位移應(yīng)該為Y1，由圖4容易得出
[0044] 其中XI為測(cè)量靶標(biāo)13在成像系統(tǒng)12中的位移，L1為成像系統(tǒng)12與測(cè)量靶標(biāo)13之間 的距離，Y1為對(duì)橋梁彎曲變形校準(zhǔn)后的測(cè)量靶標(biāo)的位移。
[0045] 如圖5所示，成像系統(tǒng)包括光學(xué)鏡頭1、圖像傳感器2、核心控制功能單元5、處理存 儲(chǔ)單元6和遠(yuǎn)程通訊單元4;圖像傳感器2為(XD或CMOS傳感器，核心控制功能單元5包括觸發(fā) 信號(hào)檢測(cè)模塊、圖像數(shù)據(jù)采集模塊、圖像灰度化及縮放模塊和靶標(biāo)圖像特征提起及識(shí)別模 塊，用于靶標(biāo)圖像的處理和識(shí)別;處理存儲(chǔ)單元6與核心控制功能單元5相聯(lián)，用于圖像數(shù)據(jù) 的存儲(chǔ)和處理;遠(yuǎn)程通訊單元4與處理存儲(chǔ)單元6聯(lián)接，用于圖像數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程發(fā)送。
[0046]光學(xué)鏡頭1瞄準(zhǔn)被測(cè)量目標(biāo)上設(shè)置的靶標(biāo)，在應(yīng)用中可選變焦距的鏡頭，將不同距 離、不同大小的目標(biāo)成像至圖像傳感器上，這種工作方式對(duì)測(cè)量目標(biāo)具有良好的適應(yīng)性，并 具有測(cè)量范圍大的特點(diǎn)，其中圖像傳感器2為CCD或CMOS傳感器，用于實(shí)時(shí)獲取被測(cè)量目標(biāo) 的圖像。
[0047] 本發(fā)明的靶標(biāo)可以為目標(biāo)對(duì)象上的一個(gè)特定圖案或連續(xù)工作的加電靶標(biāo)。本裝置 對(duì)靶標(biāo)要求不高，如果采用加電的LED或LD燈帶作為靶標(biāo)，則可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)全天候的工 作，并具有特征目標(biāo)提取方便和準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)，測(cè)量精度也相應(yīng)提高。
[0048] 觸發(fā)控制單元3用于提供遠(yuǎn)程位移傳感器所需的觸發(fā)信號(hào)，傳感器平時(shí)不工作，只 有當(dāng)外界觸發(fā)信號(hào)到來(lái)時(shí)，位移傳感器才開(kāi)始工作，減小了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膲毫?。遠(yuǎn) 程通訊單元4與處理存儲(chǔ)單元6聯(lián)接，用于圖像數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程發(fā)送。
[0049]遠(yuǎn)程通訊單元4可以為無(wú)線GPRS系統(tǒng)、3G、4G等無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊或光纜等有 線傳輸系統(tǒng)，將測(cè)量結(jié)果傳輸至遠(yuǎn)端的值班室，滿(mǎn)足了遠(yuǎn)程無(wú)人值守全天候的野外工作要 求。
[0050]本發(fā)明用于橋梁變形或位移參數(shù)具體測(cè)量步驟如下：
[0051] [1]安裝:在大型結(jié)構(gòu)物上安裝測(cè)量靶標(biāo)和基準(zhǔn)靶標(biāo)，其中測(cè)量靶標(biāo)安裝在待測(cè)量 點(diǎn)位置，基準(zhǔn)靶標(biāo)設(shè)置在變形或位移變化可忽略區(qū)域；
[0052] [ 2 ]測(cè)量:開(kāi)啟成像系統(tǒng)，使得基準(zhǔn)革E標(biāo)和測(cè)量革E標(biāo)在成像系統(tǒng)的敏感元的不同位 置上成像；
[0053] [3]校準(zhǔn):對(duì)成像系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲取基準(zhǔn)靶標(biāo)和測(cè)量靶標(biāo)的位移值;并根據(jù) 基準(zhǔn)靶標(biāo)的位置值，對(duì)測(cè)量靶標(biāo)的位移值進(jìn)行修正校準(zhǔn)，扣除因載荷加載引起的橋梁彎曲 變形帶來(lái)的測(cè)量誤差，獲得測(cè)量靶標(biāo)所在測(cè)量點(diǎn)的真實(shí)位移值。
[0054]其中步驟[3 ]中的校準(zhǔn)步驟包括：
[0055] [3.1]根據(jù)測(cè)量靶標(biāo)的位置變化值，并結(jié)合測(cè)量靶標(biāo)與成像系統(tǒng)之間的距離、成像 系統(tǒng)的光學(xué)參數(shù)，計(jì)算得到測(cè)量靶標(biāo)的位移值XI;
[0056] [3.2]根據(jù)基準(zhǔn)靶標(biāo)的位置變化值，并結(jié)合基準(zhǔn)靶標(biāo)與成像系統(tǒng)之間的距離、成像 系統(tǒng)的光學(xué)參數(shù)，計(jì)算得到基準(zhǔn)靶標(biāo)的位移值X0;
[0057] [3.3]經(jīng)校準(zhǔn)后測(cè)量靶標(biāo)所在的測(cè)量點(diǎn)的位移
[0058]其中L1為成像系統(tǒng)與測(cè)量靶標(biāo)之間的距離，L0為成像系統(tǒng)與基準(zhǔn)靶標(biāo)之間的距 離。
[0059] 步驟[3.3]是對(duì)測(cè)量靶標(biāo)的位移進(jìn)行校準(zhǔn)，克服因橋梁受到車(chē)輛載重引起橋梁的 彎曲變形，最終引起成像系統(tǒng)的彎曲扭轉(zhuǎn)而導(dǎo)致的測(cè)量誤差，由于基準(zhǔn)靶標(biāo)固定在大型結(jié) 構(gòu)物上變形或位移變化可忽略區(qū)域，根據(jù)其測(cè)量值和距離等幾何關(guān)系，可計(jì)算得到因成像 系統(tǒng)彎曲扭轉(zhuǎn)引起的誤差，將其扣除就得到測(cè)量靶標(biāo)所在的測(cè)量點(diǎn)處的真實(shí)位移值，計(jì)算 中位移向上為正值，向下為負(fù)值。
[0060] 本發(fā)明已在橋梁位移檢測(cè)中得到應(yīng)用，目前可測(cè)量位移的量程為10m級(jí)，測(cè)量精度 達(dá)0 · 1mm級(jí)，時(shí)間分辨率為100ms 〇
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量裝置，包括數(shù)據(jù)處理中屯、、成像系統(tǒng)（12) 和安裝在橋梁（11)測(cè)量點(diǎn)上的不少于一只的測(cè)量祀標(biāo)（13)，其特征在于:還包括安裝在橋 梁（11)上變形或位移變化可忽略區(qū)域的基準(zhǔn)祀標(biāo)（14)，所述的基準(zhǔn)祀標(biāo)（14)和測(cè)量祀標(biāo) (13)在成像系統(tǒng)（12)的敏感元的不同位置上成像，數(shù)據(jù)處理中屯、獲取成像系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果 后，根據(jù)基準(zhǔn)祀標(biāo)和測(cè)量祀標(biāo)的測(cè)量結(jié)果，扣除了因載荷加載引起的橋梁彎曲變形帶來(lái)的 影響后，計(jì)算得到測(cè)量點(diǎn)的位移或變形參數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量裝置，其特征在于： 所述的成像系統(tǒng)（12)、測(cè)量祀標(biāo)（13)和基準(zhǔn)祀標(biāo)（14)通過(guò)不同長(zhǎng)度的支桿固定在橋梁上， 使得測(cè)量祀標(biāo)(13)和基準(zhǔn)祀標(biāo)(14)在成像系統(tǒng)（12)的敏感元的不同位置上成像。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量裝置，其特征在于： 所述的基準(zhǔn)祀標(biāo)(14)固定在變形可忽略的橋墳上。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量裝置，其特征在于： 所述的基準(zhǔn)祀標(biāo)(14)和測(cè)量祀標(biāo)(13)為特定圖案或連續(xù)工作的加電祀標(biāo)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量裝置，其特征在于： 所述的加電祀標(biāo)為排成一定形狀的LED或LD燈帶。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大型構(gòu)件垂直位移或變形的自校準(zhǔn)式測(cè)量裝置，其特征 在于:所述的成像系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線GPRS系統(tǒng)、無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊或光纜傳輸系統(tǒng)將測(cè)量 結(jié)果傳輸至數(shù)據(jù)處理中屯、。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量裝置，其特征在于： 所述的成像系統(tǒng)包括光學(xué)鏡頭（1)、圖像傳感器(2)、核屯、控制功能單元(5)、處理存儲(chǔ)單元 (6)和遠(yuǎn)程通訊單元(4);所述的圖像傳感器(2)為CCD或CMOS傳感器，所述的核屯、控制功能 單元(5)包括觸發(fā)信號(hào)檢測(cè)模塊、圖像數(shù)據(jù)采集模塊、圖像灰度化及縮放模塊和祀標(biāo)圖像特 征提起及識(shí)別模塊，用于祀標(biāo)圖像的處理和識(shí)別;所述的處理存儲(chǔ)單元(6)與核屯、控制功能 單元(5)相聯(lián)，用于圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理;所述的遠(yuǎn)程通訊單元(4)與處理存儲(chǔ)單元(6)聯(lián) 接，用于圖像數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程發(fā)送。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量裝置，其特征在于： 所述的成像系統(tǒng)（12)為CCD像機(jī)或CMOS傳感器。9. 用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量方法，其特征在于，包括W下步驟： [1 ]安裝:在大型結(jié)構(gòu)物上安裝測(cè)量祀標(biāo)和基準(zhǔn)祀標(biāo)，其中測(cè)量祀標(biāo)安裝在待測(cè)量點(diǎn)位 置，基準(zhǔn)祀標(biāo)設(shè)置在變形或位移變化可忽略區(qū)域； [2] 測(cè)量:開(kāi)啟成像系統(tǒng)，使得基準(zhǔn)祀標(biāo)和測(cè)量祀標(biāo)在成像系統(tǒng)的敏感元的不同位置上 成像； [3] 校準(zhǔn):對(duì)成像系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲取基準(zhǔn)祀標(biāo)和測(cè)量祀標(biāo)的位移值;并根據(jù)基準(zhǔn) 祀標(biāo)的位置值，對(duì)測(cè)量祀標(biāo)的位移值進(jìn)行修正校準(zhǔn)，扣除因載荷加載引起的橋梁彎曲變形 帶來(lái)的測(cè)量誤差，獲得測(cè)量祀標(biāo)所在測(cè)量點(diǎn)的真實(shí)位移值。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于橋梁變形或位移參數(shù)的自校準(zhǔn)式測(cè)量方法，其特征在 于，所述步驟[3 ]中的校準(zhǔn)步驟包括： [3.1]根據(jù)測(cè)量祀標(biāo)的位置變化值，并結(jié)合測(cè)量祀標(biāo)與成像系統(tǒng)之間的距離、成像系統(tǒng) 的光學(xué)參數(shù)，計(jì)算得到測(cè)量祀標(biāo)的位移值XI; [3.2] 根據(jù)基準(zhǔn)祀標(biāo)的位置變化值，并結(jié)合基準(zhǔn)祀標(biāo)與成像系統(tǒng)之間的距離、成像系統(tǒng) 的光學(xué)參數(shù)，計(jì)算得到基準(zhǔn)祀標(biāo)的位移值X0; [3.3] 經(jīng)校準(zhǔn)后測(cè)量祀標(biāo)所在的測(cè)量點(diǎn)的位移Yl=-y|-'-^-^--Xh 其中L1為成像系統(tǒng)與測(cè)量祀標(biāo)之間的距離，L0為成像系統(tǒng)與基準(zhǔn)祀標(biāo)之間的距離。
【文檔編號(hào)】G01B11/16GK106091946SQ201610629368
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月3日 公開(kāi)號(hào)201610629368.3, CN 106091946 A, CN 106091946A, CN 201610629368, CN-A-106091946, CN106091946 A, CN106091946A, CN201610629368, CN201610629368.3
【發(fā)明人】屈戰(zhàn)輝, 高文武
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