[發明專利]一種網殼型結構連續倒塌的高速視頻測量方法

有效

• 申請號: 201710555851.6
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107421509B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 童小華;高颯;陳鵬;葉真;謝歡;劉世杰;杜莉
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01C11/36
• 分類號: G01C11/36
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠

1.一種網殼型結構連續倒塌的高速視頻測量方法，用以獲取網殼的球狀節點球心的位移，其特征在于，包括以下步驟：

1)在測量開始前，在網殼模型上方設置多臺高速相機，并獲取高速相機的內方位元素；

2)采用全站儀獲取網殼上每個球狀節點上的多個表面點位坐標，并根據表面點位坐標進行球面擬合，以此獲取每個球狀節點球心的初始三維坐標；

3)在測量區域內布設多個控制點標志，通過全站儀測量所有控制點標志的坐標，建立局部物方坐標系，并且在網殼上布設與每個球狀節點一一對應的目標點標志，該目標點標志與對應的球狀節點視為一個剛體，在倒塌過程中，兩者間不發生相對位移；

4)采用高速相機同步獲取一段影像數據，獲取相機的外方位元素以及目標點標志的初始三維坐標，且根據目標點標志的初始坐標和節點球心初始坐標建立目標點標志與節點球心固定的空間關系；

5)在網殼的破斷處，啟動網殼破斷裝置使網殼發生連續倒塌，同時，高速相機同步采集網殼倒塌的影像數據；

6)根據獲取到的網殼倒塌影像數據進行視頻測量解算，在每一幀影像中，獲取與球狀節點球心相對應的目標點標志的三維坐標，進而通過坐標轉換獲取球狀節點球心的三維坐標，最終獲取節點球心的三維時程位移。

2.根據權利要求1所述的一種網殼型結構連續倒塌的高速視頻測量方法，其特征在于，所述的步驟1)中，高速相機的焦距在測量過程中應固定，且高速相機的內方位元素在整個測量過程中保持不變。

3.根據權利要求1所述的一種網殼型結構連續倒塌的高速視頻測量方法，其特征在于，所述的步驟1)中，采用張正友相機檢校法對高速相機進行檢校，獲取高速相機的內方位元素和光學畸變參數，所述的內方位元素包括像距和像主點坐標，所述的光學畸變參數包括鏡頭徑向畸變和切向畸變。

4.根據權利要求1所述的一種網殼型結構連續倒塌的高速視頻測量方法，其特征在于，所述的步驟2)中，采用全站儀獲取網殼球狀節點的多個表面點位坐標，并根據這些表面點位坐標采用最小二乘球面擬合方法獲取每個節點球心的初始三維坐標。

5.根據權利要求1所述的一種網殼型結構連續倒塌的高速視頻測量方法，其特征在于，所述的步驟3)中，所述的控制點標志由白色圓和黑色邊界組成，且在白色圓的中心位置設有十字絲和內圓，所述的目標點標志由五個位于同一平面上的白色圓組成，包括位于周邊的四個大圓以及位于中心一個小圓，所述的小圓上貼設有反射片。

6.根據權利要求1所述的一種網殼型結構連續倒塌的高速視頻測量方法，其特征在于，所述的步驟4)中，通過光束法平差確定各高速相機在局部物方坐標系中的外方位元素，并且同時確定目標點標志初始三維坐標。

7.根據權利要求1所述的一種網殼型結構連續倒塌的高速視頻測量方法，其特征在于，所述的步驟6)中，通過目標跟蹤匹配獲取目標點標志的序列影像坐標，并且通過基于共線方程的前方交會算法計算目標點標志的序列三維坐標。

8.根據權利要求1所述的一種網殼型結構連續倒塌的高速視頻測量方法，其特征在于，所述的步驟6)中，目標點標志的三維坐標的關系式為：

其中，為平移參數，為目標點標志在初始時刻的三維坐標，為目標點標志在時刻i的三維坐標，M為坐標旋轉矩陣，H為零矩陣。

9.根據權利要求8所述的一種網殼型結構連續倒塌的高速視頻測量方法，其特征在于，所述的步驟6)中，球狀節點球心的坐標計算式為：

其中，為球狀節點球心在時刻i的三維坐標，為球狀節點球心在初始時刻的三維坐標。

10.根據權利要求1所述的一種網殼型結構連續倒塌的高速視頻測量方法，其特征在于，所述的高速相機的幀頻為200幀/秒，影像分辨率為1280×1024像素。