一種基于多點(diǎn)擬合的結(jié)構(gòu)物平面位移監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的大型結(jié)構(gòu)物位移監(jiān)控方法，在待測(cè)結(jié)構(gòu)物的側(cè)面上設(shè)置多個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)，參考點(diǎn)靶標(biāo)和相機(jī)，計(jì)算機(jī)獲取相機(jī)首次拍攝的圖像后，將該圖像設(shè)為模板圖像；當(dāng)計(jì)算機(jī)獲取相機(jī)拍攝的實(shí)時(shí)圖像，并結(jié)合模板圖像對(duì)實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行分析處理，得到待測(cè)結(jié)構(gòu)物的平面位移。該方法利用在待測(cè)結(jié)構(gòu)物的側(cè)面上設(shè)置的多個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)擬合得到待測(cè)結(jié)構(gòu)物的平面位移，能夠用于對(duì)待測(cè)結(jié)構(gòu)物的平面位移進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)在待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)和相機(jī)之間設(shè)有的參考點(diǎn)靶標(biāo)，相機(jī)發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，用參考點(diǎn)靶標(biāo)修正對(duì)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)位移檢測(cè)的誤差，提高了整個(gè)監(jiān)控精度，系統(tǒng)成本造價(jià)低。
【專利說明】
一種基于多點(diǎn)擬合的結(jié)構(gòu)物平面位移監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及攝影測(cè)量技術(shù)，尤其涉及使用工業(yè)攝影器材進(jìn)行結(jié)構(gòu)物平面位移監(jiān)測(cè)以及山體滑坡、地面沉降或移動(dòng)監(jiān)測(cè)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)主要通過全站儀、位移傳感器或GPS位移測(cè)量系統(tǒng)來對(duì)大型結(jié)構(gòu)物沉降和位移、形變進(jìn)行監(jiān)測(cè)。全站儀雖然精度高，但是售價(jià)昂貴，成本花費(fèi)太大，且全站儀是精密光學(xué)電子儀器，對(duì)惡劣條件難以應(yīng)用，主機(jī)安置點(diǎn)也要求有較大空間。位移傳感器雖然能夠通過測(cè)量結(jié)構(gòu)物一些重要部位相對(duì)于某一基準(zhǔn)位置變化來了解整個(gè)物體的變形，但是要求位移傳感器必須安裝在某一垂直于被測(cè)對(duì)象變形而且與被測(cè)對(duì)象比較接近的基準(zhǔn)位置上，且建立這個(gè)基準(zhǔn)位置需要消耗大量人力物力，一般還不能長(zhǎng)時(shí)間保留，有時(shí)根本無法建立。GPS位移測(cè)量法采用衛(wèi)星定位，受天氣影響小，測(cè)量位移自動(dòng)化程度高，定位快，相對(duì)精度高，但是GPS衛(wèi)星測(cè)量法容易受多路效應(yīng)、衛(wèi)星可視條件、衛(wèi)星幾何圖形強(qiáng)度變化、區(qū)域電子干擾等因素的影響而導(dǎo)致效率降低，同時(shí)使用GPS設(shè)備的成本較高。
[0003]中國(guó)專利“CN103105140 A”名為“大型建筑物變形監(jiān)測(cè)以及其監(jiān)測(cè)的方法”將激光發(fā)射器安裝在接近被測(cè)對(duì)象的一個(gè)相對(duì)給定的基準(zhǔn)點(diǎn)上，將激光接收器安裝在變形面的被測(cè)點(diǎn)上，激光接收器在垂直于變形面方向的線位移，是此點(diǎn)的變形值。但是在測(cè)量的過程中，激光發(fā)射器的安裝位置一旦發(fā)生位移后，激光發(fā)射器發(fā)出的激光光斑的位移發(fā)生明顯變化，使激光接收器難以根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)判斷是結(jié)構(gòu)物發(fā)生位移還是激光發(fā)射器發(fā)生移動(dòng)，影響監(jiān)測(cè)效果。
[0004]中國(guó)專利“CN103542893 A”名為“一體化山體滑坡監(jiān)測(cè)傳感器”利用傳感器對(duì)山體巖層與土壤內(nèi)水分含量、對(duì)被測(cè)點(diǎn)加速度和力進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并通過天線來發(fā)送數(shù)據(jù)，以此來對(duì)山體滑坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但是該方法中使用的天線受太陽(yáng)噪聲影響很大，這也影響數(shù)據(jù)的精確性。
[0005]中國(guó)專利“CN104794860 A”名為“基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的山體滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置及其控制方法”將傳感器監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)通過天線傳送到物聯(lián)網(wǎng)基地，物聯(lián)網(wǎng)基地通過移動(dòng)通信基站將信號(hào)無線傳輸?shù)揭苿?dòng)終端。該方法中需要設(shè)立物聯(lián)網(wǎng)基地，這將消耗大量的人力和財(cái)力，同時(shí)也存在資源的浪費(fèi)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明專利目的在于利用攝影測(cè)量技術(shù)提供一種結(jié)構(gòu)物位移監(jiān)控方法，能夠?qū)Υ郎y(cè)結(jié)構(gòu)物的平面位移進(jìn)行測(cè)量，成本低，精度高，解決了現(xiàn)有技術(shù)的檢測(cè)方法存在成本高、精度不夠等問題。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種基于多點(diǎn)擬合的結(jié)構(gòu)物平面位移監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟:
A)在待測(cè)結(jié)構(gòu)物的一側(cè)面上設(shè)置多個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)，在該側(cè)面的前方依次設(shè)有參考點(diǎn)靶標(biāo)和相機(jī)；
B)分別計(jì)算所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)、參考點(diǎn)靶標(biāo)與相機(jī)的距離;標(biāo)定待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)與其在相機(jī)中成像像素的比值；
C)配置一與相機(jī)連接的計(jì)算機(jī)，設(shè)置相機(jī)的采樣時(shí)間；
D)計(jì)算機(jī)獲取相機(jī)首次拍攝的圖像后，將該圖像設(shè)為模板圖像并保存；
E)當(dāng)相機(jī)的采樣時(shí)間到達(dá)時(shí)，計(jì)算機(jī)獲取相機(jī)拍攝的實(shí)時(shí)圖像，并結(jié)合模板圖像對(duì)實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行分析處理，得到實(shí)時(shí)圖像中所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移；
F)計(jì)算機(jī)結(jié)合實(shí)時(shí)圖像中所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移，得到待測(cè)結(jié)構(gòu)物的平面位移監(jiān)測(cè)結(jié)果O
[0008]進(jìn)一步，所述步驟D具體為:計(jì)算機(jī)獲取相機(jī)首次拍攝的圖像后，將該圖像設(shè)為模板圖像，分別得到該模板圖像中所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心和參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心，并保存。
[0009]進(jìn)一步，所述步驟E具體為:當(dāng)相機(jī)的采樣時(shí)間到達(dá)時(shí)，計(jì)算機(jī)獲取相機(jī)拍攝的實(shí)時(shí)圖像，分別得到實(shí)時(shí)圖像中所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心和參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心，并結(jié)合模板圖像對(duì)實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行分析處理；
如果實(shí)時(shí)圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心和模板圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心重合，說明相機(jī)沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，待測(cè)結(jié)構(gòu)物的平面位移由實(shí)時(shí)圖像中待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)和模板圖像中待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)得到；
如果實(shí)時(shí)圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心相對(duì)于模板圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心發(fā)生了位移，說明相機(jī)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，此時(shí)首先對(duì)實(shí)時(shí)圖像中待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心進(jìn)行校正，得到實(shí)時(shí)圖像中待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的校正質(zhì)心，待測(cè)結(jié)構(gòu)物的平面位移為實(shí)時(shí)圖像中校正后待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)和模板圖像中待測(cè)點(diǎn)革G標(biāo)得到。
[0010]進(jìn)一步，所述如果相機(jī)沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，實(shí)時(shí)圖像中每個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移為實(shí)時(shí)圖像中該待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心與模板圖像中該待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心的差值;即A Xa1=Xal2- Xa1I,Ayal=Yal2- yall;并在獲得實(shí)時(shí)圖像中所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移后，對(duì)所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移進(jìn)行多點(diǎn)擬合，得到待測(cè)結(jié)構(gòu)物的平面位移；
如果相機(jī)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)時(shí)圖像中待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心進(jìn)行校正，得到實(shí)時(shí)圖像中第i個(gè)待測(cè)點(diǎn)革巴標(biāo)的校正質(zhì)心為AiQ(Xait)，yaiQ)，XaiQ=Xail+Mi/N*(Xb2_Xbl)，ya1=yaii+Mi/N*(yb2-ybl)，實(shí)時(shí)圖像中每個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移為實(shí)時(shí)圖像中該待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的校正質(zhì)心與模板圖像中該待測(cè)點(diǎn)革巴標(biāo)的質(zhì)心的差值；即Δ Xai=Xai2- Xa1, A yai=yai2- yaiQ;并在獲得實(shí)時(shí)圖像中所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移后，對(duì)所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移進(jìn)行多點(diǎn)擬合，得到待測(cè)結(jié)構(gòu)物的平面位移；
其中，A XajP △ yai分別為實(shí)時(shí)圖像中第i個(gè)待測(cè)點(diǎn)革El標(biāo)在橫坐標(biāo)方向上和縱坐標(biāo)方向上的位移分量，XaiQ和yaiQ分別為實(shí)時(shí)圖像中第i個(gè)待測(cè)點(diǎn)革El標(biāo)的校正質(zhì)心AiQ的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Xail和yail分別為模板圖像中第i個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心Au的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Xai2和yai2分別為實(shí)時(shí)圖像中第i個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心A12的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，xbl和％分別為模板圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心B1的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Xb2和yb^別為實(shí)時(shí)圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心B2的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Mi為第i個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)到相機(jī)的距離，N為參考點(diǎn)靶標(biāo)到待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的距離。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)物位移監(jiān)控方法，利用在待測(cè)結(jié)構(gòu)物的側(cè)面上設(shè)置的多個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)擬合得到待測(cè)結(jié)構(gòu)物的平面位移，能夠用于對(duì)待測(cè)結(jié)構(gòu)物的平面位移進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)在待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)和相機(jī)之間設(shè)有的參考點(diǎn)靶標(biāo)，用參考點(diǎn)靶標(biāo)修正相機(jī)發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)位移檢測(cè)的誤差，提高了整個(gè)監(jiān)控精度，系統(tǒng)成本造價(jià)低。
【附圖說明】
[0011]圖1為實(shí)施例中結(jié)構(gòu)物位移監(jiān)控方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為實(shí)施例中待測(cè)結(jié)構(gòu)物的側(cè)面設(shè)置的待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的示意圖。
[0013]圖3為實(shí)施例中將相機(jī)拍到的模板圖像和實(shí)時(shí)圖像重疊的示意圖。
[0014]圖中，待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)1-4、參考點(diǎn)靶標(biāo)5、相機(jī)6、計(jì)算機(jī)7。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0016]實(shí)施例:
由于山體只有暴露在外表面上的坡面能夠安裝監(jiān)測(cè)裝置，所以本方法還適用于檢測(cè)山體的位移。如圖1、2所示，其特征在于，包括以下步驟:
A)在待測(cè)結(jié)構(gòu)物的一側(cè)面上設(shè)置多個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)(例如圖1中設(shè)了 4個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)1、2、
3、4)，在該側(cè)面的前方依次設(shè)有參考點(diǎn)靶標(biāo)5和相機(jī)6;其中在選擇待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)時(shí)可以選擇一待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)為中心，其他待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)圍繞在中心的待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的周邊設(shè)置。
[0017]B)分別計(jì)算所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)、參考點(diǎn)靶標(biāo)與相機(jī)的距離;標(biāo)定待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)與其在相機(jī)中成像像素的比值;例如:第i個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)和相機(jī)的距離M1，參考點(diǎn)靶標(biāo)到待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的距離N，第i個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)與其在相機(jī)中成像像素的比值Rh
[0018]C)配置一與相機(jī)連接的計(jì)算機(jī)7，設(shè)置相機(jī)的采樣時(shí)間；采樣時(shí)間可根據(jù)具體情況確定，具體實(shí)施時(shí)，可以是計(jì)算機(jī)檢測(cè)到采樣時(shí)間到達(dá)時(shí)，控制相機(jī)進(jìn)行拍攝，相機(jī)拍攝完后將圖像回傳給計(jì)算機(jī)。或者是設(shè)置相機(jī)為定時(shí)拍攝，當(dāng)相機(jī)自動(dòng)拍攝完后，將圖像回傳給計(jì)算機(jī)。
[0019]D)計(jì)算機(jī)獲取相機(jī)首次拍攝的圖像后，將該圖像設(shè)為模板圖像并保存;具體為:計(jì)算機(jī)獲取相機(jī)首次拍攝的圖像后，將該圖像設(shè)為模板圖像，分別得到該模板圖像中所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心和參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心，并保存。模板圖像認(rèn)為是待測(cè)結(jié)構(gòu)物未發(fā)生位移時(shí)的狀態(tài)，保存模板圖像是為了方便后面和相機(jī)實(shí)時(shí)拍攝的圖像進(jìn)行對(duì)比，得出待測(cè)結(jié)構(gòu)物的位移量。待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心和參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心可以選擇靶標(biāo)的中心。例如，可以得到模板圖像中第i個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心Ail(Xai^yail)和參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心B1(Xiybl),
E)當(dāng)相機(jī)的采樣時(shí)間到達(dá)時(shí)，計(jì)算機(jī)獲取相機(jī)拍攝的實(shí)時(shí)圖像，并結(jié)合模板圖像對(duì)實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行分析處理，得到實(shí)時(shí)圖像中所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移;根據(jù)某時(shí)刻的實(shí)時(shí)圖像可以得到該時(shí)刻所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移。
[0020]具體為:當(dāng)相機(jī)的采樣時(shí)間到達(dá)時(shí)，計(jì)算機(jī)獲取相機(jī)拍攝的實(shí)時(shí)圖像，分別得到實(shí)時(shí)圖像中所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心和參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心，例如:可以得到實(shí)時(shí)圖像的第i個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心Ai2 (Xai2, Yai2)和參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心B2 ( Xb2，yb2 )。并結(jié)合模板圖像對(duì)實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行分析處理;某時(shí)刻的待測(cè)結(jié)構(gòu)物的平面位移是指該時(shí)刻下待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位置相對(duì)于原始位置(模板圖像中待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位置)發(fā)生的位移。
[0021]如果實(shí)時(shí)圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心和模板圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心重合，說明相機(jī)沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，此時(shí)，實(shí)時(shí)圖像中待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)發(fā)生的位移就僅僅是待測(cè)結(jié)構(gòu)物發(fā)生的位移，實(shí)時(shí)圖像中每個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移為實(shí)時(shí)圖像中該待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心與模板圖像中該待測(cè)點(diǎn)革巴標(biāo)的質(zhì)心的差值；即Δ Xai=Xai2- Xail, A yai=yai2- yail;并在獲得實(shí)時(shí)圖像中所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移后，對(duì)所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移進(jìn)行多點(diǎn)擬合，得到待測(cè)結(jié)構(gòu)物的平面位移;
如果實(shí)時(shí)圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心相對(duì)于模板圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心發(fā)生了位移，如圖3所示，圖3中以其中一個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)舉例說明，BjPB2沒有重合，說明該監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)中相機(jī)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，此時(shí)，實(shí)時(shí)圖像中待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)發(fā)生的位移包括了待測(cè)結(jié)構(gòu)物發(fā)生的位移和相機(jī)的偏移帶來的誤差。首先對(duì)實(shí)時(shí)圖像中所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心進(jìn)行校正，消除相機(jī)偏移帶來的誤差，得到實(shí)時(shí)圖像中待測(cè)點(diǎn)革El標(biāo)的校正質(zhì)心AiQ(Xait)，yaiQ)，Xa1=Xail+Mi/N*( Xb2_Xbi)，yaiQ=yaii+Mi/N*(yb2-ybi)，實(shí)時(shí)圖像中每個(gè)待測(cè)點(diǎn)革El標(biāo)的位移為實(shí)時(shí)圖像中該待測(cè)點(diǎn)革巴標(biāo)的校正質(zhì)心與模板圖像中該待測(cè)點(diǎn)革巴標(biāo)的質(zhì)心的差值；即Δ Xai=Xai2- Xa1, A yai=yai2-yal0;并在獲得實(shí)時(shí)圖像中所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移后，對(duì)所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移進(jìn)行多點(diǎn)擬合，得到待測(cè)結(jié)構(gòu)物的平面位移。
[0022]其中，ΔXai和Δ yai分別為實(shí)時(shí)圖像中第i個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)在橫坐標(biāo)方向上和縱坐標(biāo)方向上的位移分量，XaiQ和yaiQ分別為實(shí)時(shí)圖像中第i個(gè)待測(cè)點(diǎn)革El標(biāo)的校正質(zhì)心AiQ的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Xail和yail分別為模板圖像中第i個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心Ail的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Xai2和yai2分別為實(shí)時(shí)圖像中第i個(gè)待測(cè)點(diǎn)革El標(biāo)的質(zhì)心Ai2的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Xbi和ybi分別為模板圖像中參考點(diǎn)革G標(biāo)的質(zhì)心Bi的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，xb2和yb2分別為實(shí)時(shí)圖像中參考點(diǎn)革El標(biāo)的質(zhì)心B2的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Mi為第i個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)到相機(jī)的距離，N為參考點(diǎn)靶標(biāo)到待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的距離。
[0023]F)計(jì)算機(jī)結(jié)合實(shí)時(shí)圖像中所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移，將得到的所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移擬合到平面坐標(biāo)上，得到待測(cè)結(jié)構(gòu)物的平面位移量，從而將該平面位移量定義為平面位移監(jiān)測(cè)結(jié)果。計(jì)算第i個(gè)待測(cè)點(diǎn)革E標(biāo)得到的(Δ Xai, Δ yai)的值等于該待測(cè)點(diǎn)革E標(biāo)在相機(jī)中按一定成像比例縮放后形成的位移，此時(shí)計(jì)算Ri*( △ xai，△ yai)為該待測(cè)點(diǎn)革E標(biāo)的真實(shí)位移。
[0024]以四邊形法為例說明在設(shè)置四個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的情況下，待監(jiān)測(cè)面上其他任意點(diǎn)B(11，￥)的位移，根據(jù)四邊形法，和厶11(叉￡^1，5^1)丄0(叉￡^()，5^())，列出方程叉￡^1=3*叉￡^()+13* Ya1+c* xaii*yaii+d，yaii=e*xa1+f* ya1+g* xaii*yaii+h，求出待定系數(shù)a，b，c，d，e，f ,g。!?點(diǎn)移動(dòng)到了B，(U，，V，)，根據(jù)11=8*11’+13抑’+(3*11抑+(1，11=6*11’+；1^抑’+8*11抑+11，求出13’ (U，，v’)，計(jì)算Δ Β( Δ u，Δ V)，其中Δ u=u’_u，Δ ν=ν’_ν，Δ B*R即為待監(jiān)測(cè)面上任意一點(diǎn)的實(shí)際位移，R為所標(biāo)定的待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的&的平均值。待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)數(shù)目為其他數(shù)目時(shí)，可根據(jù)類似方法按照多邊形法則進(jìn)行處理，得到待測(cè)面任意點(diǎn)的位移。
[0025]該方法可在遠(yuǎn)距離非接觸的情況下結(jié)構(gòu)物的平面位移，測(cè)量精度高，能夠?qū)崟r(shí)顯示結(jié)構(gòu)物的位移或者沉降，克服了由于攝像機(jī)安裝結(jié)構(gòu)變形帶來的測(cè)量錯(cuò)誤和誤差，也可以在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上加裝遠(yuǎn)程通信設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)。應(yīng)用中影響本方法測(cè)量精度主要包括以下幾點(diǎn):1、工業(yè)數(shù)碼相機(jī)像素越高，分辨率越高，更能測(cè)量出微小的位移。2、待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)，參考點(diǎn)靶標(biāo)與鏡頭的距離越近，每個(gè)像素代表的實(shí)際長(zhǎng)度越大，精度就越低。3、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最好放在避風(fēng)的位置，牢固固定。4、可在靶標(biāo)和被測(cè)點(diǎn)上安裝LED燈，提高監(jiān)測(cè)亮度，方便監(jiān)測(cè)。5、盡量不要把工業(yè)數(shù)碼相機(jī)直接暴露在太陽(yáng)光中測(cè)量，盡量使鏡頭與觀測(cè)點(diǎn)的光線保持不變。6、盡量避免安裝在經(jīng)常附近有車輛經(jīng)過，風(fēng)力過大的環(huán)境中。7、盡可能選擇結(jié)構(gòu)物中相互垂直的兩條邊界線上的中心點(diǎn)。
[0026]最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于多點(diǎn)擬合的結(jié)構(gòu)物平面位移監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟: A)在待測(cè)結(jié)構(gòu)物的一側(cè)面上設(shè)置多個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)，在該側(cè)面的前方依次設(shè)有參考點(diǎn)靶標(biāo)和相機(jī)； B)分別計(jì)算所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)、參考點(diǎn)靶標(biāo)與相機(jī)的距離;標(biāo)定待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)與其在相機(jī)中成像像素的比值； C)配置一與相機(jī)連接的計(jì)算機(jī)，設(shè)置相機(jī)的采樣時(shí)間； D)計(jì)算機(jī)獲取相機(jī)首次拍攝的圖像后，將該圖像設(shè)為模板圖像并保存； E)當(dāng)相機(jī)的采樣時(shí)間到達(dá)時(shí)，計(jì)算機(jī)獲取相機(jī)拍攝的實(shí)時(shí)圖像，并結(jié)合模板圖像對(duì)實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行分析處理，得到實(shí)時(shí)圖像中所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移； F)計(jì)算機(jī)結(jié)合實(shí)時(shí)圖像中所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移，得到待測(cè)結(jié)構(gòu)物的平面位移監(jiān)測(cè)結(jié)果O2.如權(quán)利要求1所述的基于多點(diǎn)擬合的結(jié)構(gòu)物平面位移監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟D具體為:計(jì)算機(jī)獲取相機(jī)首次拍攝的圖像后，將該圖像設(shè)為模板圖像，分別得到該模板圖像中所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心和參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心，并保存。3.如權(quán)利要求1所述的基于多點(diǎn)擬合的結(jié)構(gòu)物平面位移監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟E具體為:當(dāng)相機(jī)的采樣時(shí)間到達(dá)時(shí)，計(jì)算機(jī)獲取相機(jī)拍攝的實(shí)時(shí)圖像，分別得到實(shí)時(shí)圖像中所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心和參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心，并結(jié)合模板圖像對(duì)實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行分析處理； 如果實(shí)時(shí)圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心和模板圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心重合，說明相機(jī)沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，待測(cè)結(jié)構(gòu)物的平面位移由實(shí)時(shí)圖像中待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)和模板圖像中待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)得到； 如果實(shí)時(shí)圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心相對(duì)于模板圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心發(fā)生了位移，說明相機(jī)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，此時(shí)首先對(duì)實(shí)時(shí)圖像中待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心進(jìn)行校正，得到實(shí)時(shí)圖像中待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的校正質(zhì)心，待測(cè)結(jié)構(gòu)物的平面位移為實(shí)時(shí)圖像中校正后待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)和模板圖像中待測(cè)點(diǎn)革G標(biāo)得到。4.如權(quán)利要求3所述的基于多點(diǎn)擬合的結(jié)構(gòu)物平面位移監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述如果相機(jī)沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，實(shí)時(shí)圖像中每個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移為實(shí)時(shí)圖像中該待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心與模板圖像中該待測(cè)點(diǎn)革巴標(biāo)的質(zhì)心的差值；即Δ Xai=Xai2- Xail, A yai=yai2- yail;并在獲得實(shí)時(shí)圖像中所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移后，對(duì)所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移進(jìn)行多點(diǎn)擬合，得到待測(cè)結(jié)構(gòu)物的平面位移； 如果相機(jī)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)時(shí)圖像中待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心進(jìn)行校正，得到實(shí)時(shí)圖像中第i個(gè)待測(cè)點(diǎn)革巴標(biāo)的校正質(zhì)心為AiQ(Xait)，yaiQ)，XaiQ=Xail+Mi/N*(Xb2_Xbl)，ya1=yaii+Mi/N*(yb2-ybl)，實(shí)時(shí)圖像中每個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移為實(shí)時(shí)圖像中該待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的校正質(zhì)心與模板圖像中該待測(cè)點(diǎn)革巴標(biāo)的質(zhì)心的差值；即Δ Xai=Xai2- Xa1, A yai=yai2- yaiQ;并在獲得實(shí)時(shí)圖像中所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移后，對(duì)所有待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的位移進(jìn)行多點(diǎn)擬合，得到待測(cè)結(jié)構(gòu)物的平面位移； 其中，A XajP △ yai分別為實(shí)時(shí)圖像中第i個(gè)待測(cè)點(diǎn)革El標(biāo)在橫坐標(biāo)方向上和縱坐標(biāo)方向上的位移分量，XaiQ和yaiQ分別為實(shí)時(shí)圖像中第i個(gè)待測(cè)點(diǎn)革El標(biāo)的校正質(zhì)心AiQ的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Xail和yail分別為模板圖像中第i個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心Au的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Xai2和yai2分別為實(shí)時(shí)圖像中第i個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心A12的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Xbl和％分別為模板圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心B1的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Xb2和yb^別為實(shí)時(shí)圖像中參考點(diǎn)靶標(biāo)的質(zhì)心B2的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，Mi為第i個(gè)待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)到相機(jī)的距離，N為參考點(diǎn)靶標(biāo)到待測(cè)點(diǎn)靶標(biāo)的距離。
【文檔編號(hào)】G01C11/12GK106092059SQ201610476238
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月27日
【發(fā)明人】藍(lán)章禮, 陳巍, 楊揚(yáng), 黃芬, 王可欣
【申請(qǐng)人】重慶交通大學(xué)