[發明專利]基于數字圖像處理技術的橋梁撓度檢測系統和檢測方法

在審

• 申請號: 201711246831.7
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN109870279A
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 李英杰;佟新鑫;朱丹;張冠華;岳成海;杜海鑫;周勇;焦鵬飛;賈春萍;武旭娟;楊立新;崔凱華
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00;G01B21/32
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 王倩

本發明提供基于數字圖像處理技術的橋梁撓度檢測系統和檢測方法，其用于對橋梁的撓度進行非接觸式測量。所述的撓度檢測系統包括：合作靶標、濾光片、光學鏡頭、攝像機、環境擾動監測裝置、圖像處理系統、顯示及操控裝置。本發明的撓度檢測系統采用合作靶標固定在橋梁需要測試撓度的位置；通過光學鏡頭和攝像機捕獲合作靶標上高亮LED的圖像；利用圖像處理系統對靶標的圖像進行處理；并結合環境擾動監測裝置提供的信息對橋梁的撓度進行計算；利用顯示及操控裝置指導測量操作并顯示撓度數據。本發明的橋梁撓度檢測系統采用的數字圖像處理技術，具有非接觸式測量、操作簡單、場地適應范圍廣、測量精度高、抗環境干擾能力強、多點同時測量等特點。

技術領域

本發明涉及橋梁撓度檢測領域，具體而言，本發明涉及利用數字圖像處理技術的非接觸式橋梁撓度檢測系統。

背景技術

撓度作為橋梁安全狀況的一項重要指標，在橋梁的建設、驗收及使用階段都需要進行精準的測量。隨著測量技術的不斷進步，各種不同的方法已經應用到橋梁撓度測試技術中，目前已經應用到實際應用中的測量方法有百分表法、水準儀法、連通管法、傾角儀法、激光圖像法、GPS法等。以上測量方法可以歸結為兩種：一種為接觸式撓度測量法，另一種為非接觸式測量方法。其中的百分表法、水準儀法、連通管法屬于接觸式測量方法，傾角儀法、激光圖像法、GPS法屬于非接觸測量方法。接觸法測量應用較早，但操作復雜、場地受限，目前應用的非接觸測量法如GPS法存在成本高，信號不夠穩定等問題。

隨著視覺成像技術的快速發展，近幾年數字圖像處理技術在橋梁撓度測中得到廣泛的應用，光學非接觸式的撓度測量在實際中有了大量的應用，很多研究利用圖像技術對橋梁的動態特性、結構位移進行了大量的研究，并研究了消除攝像機振動對測量誤差影響的方法。

目前多數研究是基于計算機平臺開發，在測量現場應用中受到操作方式及供電條件等限制，無論是臺式計算機還是筆記本都給操作帶來諸多不便，目前很少有基于光電成像技術的專業儀器用于橋梁撓度測量，大多數研究僅限于理論及功能性測試階段。

發明內容

鑒于現有技術中存在的上述缺點，本發明提出了一種可以同時對5個測試點進行撓度測量的便攜式系統，其測量精度高，操作簡單。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：基于數字圖像處理技術的橋梁撓度檢測系統，包括：合作靶標、濾光片、工業攝像機、環境擾動監測裝置、圖像處理系統；所述工業攝像機的鏡頭前依次設有光學鏡頭和濾光片，攝像機、環境擾動監測裝置均與圖像處理系統連接。

所述合作靶標，用于固定在橋梁需要測量撓度點并以設定的光譜發射可見光；

所述攝像機用于通過光學鏡頭捕獲合作靶標中LED的圖像，并將圖像實時以電信號的形式傳輸至圖像處理系統；

所述圖像處理系統用于接收從攝像機傳送的圖像信息及環境擾動監測裝置發送的環境擾動參數，對圖像信息進行處理，利用處理結果得到橋梁的實時撓度值，實現非接觸式撓度測量。

所述合作靶標設有兩個LED，LED的發光頻率與濾光片的通過頻率相同。

所述兩個LED的中心連線與大地水平線垂直。

還包括顯示及操控裝置，用于實現人機交互，通過觸摸屏及按鍵對靶標值進行設定、鎖定靶標，通過顯示屏顯示實時撓度數據信息。

對橋梁的撓度進行非接觸式測量，包括以下步驟：

攝像機通過光學鏡頭捕獲合作靶標中LED的圖像，并將圖像實時以電信號的形式傳輸至圖像處理系統；

環境擾動監測裝置測量攝像機所處環境擾動的幅值，并將測量的擾動幅值發送到圖像處理系統；