[發(fā)明專利]一種網(wǎng)殼型結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌的高速視頻測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710555851.6
• 申請(qǐng)日: 2017-07-10
• 公開（公告）號(hào): CN107421509B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 童小華;高颯;陳鵬;葉真;謝歡;劉世杰;杜莉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C11/36
• 分類號(hào): G01C11/36
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠(yuǎn)

本發(fā)明涉及一種網(wǎng)殼型結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌的高速視頻測(cè)量方法，包括以下步驟：1)在網(wǎng)殼模型上方設(shè)置多臺(tái)高速相機(jī)；2)進(jìn)行球面擬合獲取每個(gè)球狀節(jié)點(diǎn)球心的初始三維坐標(biāo)；3)建立局部物方坐標(biāo)系，并且在網(wǎng)殼上布設(shè)與每個(gè)球狀節(jié)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的目標(biāo)點(diǎn)標(biāo)志；4)獲取相機(jī)的外方位元素以及目標(biāo)點(diǎn)標(biāo)志的初始三維坐標(biāo)，建立目標(biāo)點(diǎn)標(biāo)志與節(jié)點(diǎn)球心固定的空間關(guān)系；5)啟動(dòng)網(wǎng)殼破斷裝置使網(wǎng)殼發(fā)生連續(xù)倒塌，高速相機(jī)同步采集網(wǎng)殼倒塌的影像數(shù)據(jù)；6)獲取與球狀節(jié)點(diǎn)球心相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)點(diǎn)標(biāo)志的三維坐標(biāo)，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換獲取球狀節(jié)點(diǎn)球心的三維坐標(biāo)，最終獲取節(jié)點(diǎn)球心的三維時(shí)程位移。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有球心坐標(biāo)測(cè)量方便、非接觸、高精度、高頻率等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及土木工程領(lǐng)域，尤其是涉及一種網(wǎng)殼型結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌的高速視頻測(cè)量方法。

背景技術(shù)

在土木工程領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌的動(dòng)載測(cè)量任務(wù)是一項(xiàng)技術(shù)難題。在視頻測(cè)量領(lǐng)域，許多學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了深入的研究并形成了獨(dú)特的測(cè)量方案，然而他們的方法都只能直接地觀測(cè)結(jié)構(gòu)的表面點(diǎn)位，卻無法測(cè)量結(jié)構(gòu)的內(nèi)部點(diǎn)位。

近年來，攝影測(cè)量技術(shù)已廣泛應(yīng)用于材料測(cè)試和結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中，而由此發(fā)展的視頻測(cè)量技術(shù)能夠以非接觸方法測(cè)量目標(biāo)對(duì)象的三維空間形態(tài)變化。在網(wǎng)殼的連續(xù)倒塌過程中，傳統(tǒng)的接觸式傳感器和常規(guī)的視頻測(cè)量方案都無法測(cè)量該網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)部點(diǎn)位，其原因如下：(1)球狀節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)殼倒塌時(shí)會(huì)發(fā)生較大位移變化，而接觸式位移計(jì)的量程范圍有限，容易發(fā)生損壞；(2)接觸式傳感器會(huì)增加網(wǎng)殼模型重量，進(jìn)而對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響；(3)接觸式傳感器只能測(cè)量節(jié)點(diǎn)表面的位移，而不能測(cè)量節(jié)點(diǎn)球心的位移；(4)在網(wǎng)殼倒塌時(shí)，各節(jié)點(diǎn)在空間上不但有垂直方向的位移還會(huì)有水平方向的位移，而只能提供單方向位移的位移計(jì)或加速度計(jì)是根本無法精確地測(cè)量出節(jié)點(diǎn)的空間位移結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種球心坐標(biāo)測(cè)量方便、精度高的網(wǎng)殼型結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌的高速視頻測(cè)量方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種網(wǎng)殼型結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌的高速視頻測(cè)量方法，用以獲取網(wǎng)殼的球狀節(jié)點(diǎn)球心的位移，包括以下步驟：

1)在測(cè)量開始前，在網(wǎng)殼模型上方設(shè)置多臺(tái)高速相機(jī)，并獲取高速相機(jī)的內(nèi)方位元素；

2)采用全站儀獲取網(wǎng)殼上每個(gè)球狀節(jié)點(diǎn)上的多個(gè)表面點(diǎn)位坐標(biāo)，并根據(jù)表面點(diǎn)位坐標(biāo)進(jìn)行球面擬合，以此獲取每個(gè)球狀節(jié)點(diǎn)球心的初始三維坐標(biāo)；

3)在測(cè)量區(qū)域內(nèi)布設(shè)多個(gè)控制點(diǎn)標(biāo)志，通過全站儀測(cè)量所有控制點(diǎn)標(biāo)志的坐標(biāo)，建立局部物方坐標(biāo)系，并且在網(wǎng)殼上布設(shè)與每個(gè)球狀節(jié)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的目標(biāo)點(diǎn)標(biāo)志，該目標(biāo)點(diǎn)標(biāo)志與對(duì)應(yīng)的球狀節(jié)點(diǎn)視為一個(gè)剛體，在倒塌過程中，兩者間不發(fā)生相對(duì)位移；

4)采用高速相機(jī)同步獲取一段影像數(shù)據(jù)，獲取相機(jī)的外方位元素以及目標(biāo)點(diǎn)標(biāo)志的初始三維坐標(biāo)，且根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)標(biāo)志的初始坐標(biāo)和節(jié)點(diǎn)球心初始坐標(biāo)建立目標(biāo)點(diǎn)標(biāo)志與節(jié)點(diǎn)球心固定的空間關(guān)系；

5)在網(wǎng)殼的破斷處，啟動(dòng)網(wǎng)殼破斷裝置使網(wǎng)殼發(fā)生連續(xù)倒塌，同時(shí)，高速相機(jī)同步采集網(wǎng)殼倒塌的影像數(shù)據(jù)；

6)根據(jù)獲取到的網(wǎng)殼倒塌影像數(shù)據(jù)進(jìn)行視頻測(cè)量解算，在每一幀影像中，獲取與球狀節(jié)點(diǎn)球心相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)點(diǎn)標(biāo)志的三維坐標(biāo)，進(jìn)而通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換獲取球狀節(jié)點(diǎn)球心的三維坐標(biāo)，最終獲取節(jié)點(diǎn)球心的三維時(shí)程位移。

所述的步驟1)中，高速相機(jī)的焦距在測(cè)量過程中應(yīng)固定，且高速相機(jī)的內(nèi)方位元素在整個(gè)測(cè)量過程中保持不變。

所述的步驟1)中，采用張正友相機(jī)檢校法對(duì)高速相機(jī)進(jìn)行檢校，獲取高速相機(jī)的內(nèi)方位元素和光學(xué)畸變參數(shù)，所述的內(nèi)方位元素包括像距和像主點(diǎn)坐標(biāo)，所述的光學(xué)畸變參數(shù)包括鏡頭徑向畸變和切向畸變。