[實用新型]一種基于機器視覺的橋梁動位移測量裝置

有效

• 申請號: 200820241096.0
• 申請日: 2008-12-30
• 公開（公告）號: CN201364143Y
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發明（設計）人: 鐘繼衛;史雪峰;侍剛;袁建新;尹雙慶;王鳴輝;楊毅
• 申請（專利權）人: 中鐵大橋局集團武漢橋梁科學研究院有限公司;中鐵大橋局股份有限公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01M5/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司
• 代理人: 胡鎮西;魏利明

技術領域

本實用新型涉及一種用于橋梁工程的橋梁動位移測量裝置，既適用于即時的橋梁動位移測量，又適用于大跨度的連續梁橋、連續剛構橋、斜拉橋和懸索橋的撓度長期實時監測，屬于橋梁工程建筑領域，具體地說是涉及一種適用于橋梁工程動位移的實時監測裝置。

背景技術

在現有技術中，橋梁工程結構中的動位移測量，橋梁豎向位移的監測一般采用全站儀法、反射鏡法和水準儀法以及加速度傳感器法、GPS法和機器視覺法，全站儀法、反射鏡法和水準儀法都是靜態測量，無法實現橋梁位移的動態、連續觀測，也無法實現橋梁動位移的自動化處理，只能作為橋梁定期監測的一種手段，而且存在在人為參與環節中增加誤差產生的缺陷；而加速度傳感器法，對于低頻靜態位移鑒別效果差，為獲得位移必須對它進行兩次積分，精度不高，也無法實時；GPS法采用全球衛星定位系統，利用接收導航衛星載波相位進行實時相位差分即RTK技術，實時測定大橋位移，存在測量精度不高、價格昂貴等缺點。機器視覺測量融合了光學、電子、機械、傳感器、計算機、圖像處理、通信技術于一體，利用圖像分析的方法動態測定大橋動位移，具有精度高、實時性強、非接觸、能夠長時間穩定工作等優點。目前，機器視覺法在橋梁動位移測量的原理為：利用光電和圖像處理方法求解橋梁的動位移，具體實現方法為在橋梁被測點處放置靶標(點光源)，檢測儀在岸上通過光學望遠放大系統使靶標在CCD感光單元上成像，通過系統標定，檢出橋梁在豎向和橫橋向的動位移。系統標定是在測量之前進行的，即求解出線陣CCD上每個像素代表的實際位移值。這種方法存在的缺點是：由于靶標(點光源)和檢測儀距離較遠，可達幾百米，這就要求光學系統為了獲得清晰的數據圖像必須選用長焦距鏡頭或望遠系統。因此安裝調試和測量過程中的些微誤差經過長焦鏡頭或望遠系統高倍放大以后很容易產生較大的測量誤差，這種測量方式不僅造價昂貴，而且也容易造成較大的測量誤差。

發明內容

本實用新型提供一種新型基于機器視覺的橋梁動位移測量裝置，通過設置在岸上的激光源不斷向設置在橋上被測點的靶標發射激光束，在標靶上產生激光光斑，由同樣設置在橋上被測點靶標后面的集成成像單元連續進行圖像拍攝和A/D轉換后形成數字圖像信號，經USB方式傳輸到PC機或數據存儲卡上，再由運行圖像處理軟件的PC機進行目標的識別及運算，通過測量之前的系統標定，得到橋梁的動位移。由于靶標和集成成像單元通過同一機具設置于橋上被測點處，保證了靶標和集成成像單元的相對靜止，從而可以拍攝出清晰的圖像，以利于后續圖像的分析和處理。系統標定是在測量之前進行的，即求解出CCD上每個像素代表的實際位移值。

本實用新型的技術方案是這樣實現的：

基于機器視覺的橋梁動位移測量裝置主要由激光源a、靶標b、安裝架c、集成成像單元和運行圖像處理軟件的PC機h組成。集成成像單元包含有光學鏡頭d、工業照相機e、圖像采集卡f、數據存儲卡g，集成成像單元的前端設置一個進行光學放大的光學鏡頭d，光學鏡頭d后設置一個進行光電轉換的工業照相機e，工業照相機e通過圖像采集卡f，再連接到運行圖像處理軟件的PC機h或數據存儲卡g。靶標b由半透明、非透射、抗震性好的材料構成。設置在岸上的激光源a不斷向設置在橋上被測點的靶標b發射激光束，激光束a在靶標b上成像，并在靶標b的另一面產生激光光斑，經光學鏡頭d放大成像后，由工業照相機e進行連續采集拍攝，采集的視頻信號首先經圖像采集卡f進行濾波、A/D轉換變為數字圖像數據輸出，數字圖像數據既可以通過USB接口輸入到PC機h中，通過相應的數字圖像處理算法對激光束在靶標b上的成像點進行目標特征的提取和識別，并根據坐標標定進行相關運算，最終實時得到橋梁的動位移值；也可以將數字圖像數據存儲到數據存儲卡g中，經過一段時間的測量用PC機h將圖像數據取出來，計算橋梁的動位移值，并進行相應的統計、分析、評估等。由于必須保證在靶標b另一面激光光斑能夠清晰成像，且激光不能透射靶標b，以防對CCD感光單元造成損害，應選用半透明、非透射、抗震性好的材料制作，靶標b的尺寸大小根據橋梁動位移實際情況進行選擇和更換，靶標b的安裝應盡可能使激光束和靶標b的中心在同一條水平線上，以免靶標b在隨橋梁振動條件下激光束偏離靶標b范圍；集成成像單元的光學鏡頭d和工業照相機e的中心和靶標b的中心應在同一條水平線上，且靶標b和集成成像單元均安裝于同一安裝架c上，使它們同頻同相同幅振動，以保證二者無相對位移。

本實用新型的優點：

1)能同時進行二維測量，測量豎橋向和橫橋向橋梁的動位移；

2)將工業相機和靶標集成放置在橋面上，避免了使用長焦距鏡頭或光學望遠系統，既降低了系統成本又提高了測量精度；