[發(fā)明專利]一種監(jiān)測大型結(jié)構(gòu)形變的串并聯(lián)像機(jī)網(wǎng)絡(luò)測量方法

有效

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• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109443321B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于起峰;關(guān)棒磊;尚洋
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: G01C11/08
• 分類號: G01C11/08;G01B11/16
• 代理公司: 湖南省國防科技工業(yè)局專利中心 43102
• 代理人: 馮青

本發(fā)明涉及一種監(jiān)測大型結(jié)構(gòu)形變的串并聯(lián)像機(jī)網(wǎng)絡(luò)測量方法。利用多個測量單元構(gòu)成串并聯(lián)像機(jī)網(wǎng)絡(luò)，通過測量單元內(nèi)部的固連約束和像機(jī)成像的幾何約束關(guān)系，將待測量點(diǎn)形變數(shù)據(jù)統(tǒng)一到指定的全局坐標(biāo)系下，實(shí)現(xiàn)大型結(jié)構(gòu)的形變自動監(jiān)測。串并聯(lián)像機(jī)網(wǎng)絡(luò)由串聯(lián)像機(jī)網(wǎng)絡(luò)和并聯(lián)像機(jī)網(wǎng)絡(luò)融合組成,解決了無基準(zhǔn)點(diǎn)條件下無法測量全局形變的難題，能夠全場、高精度、動態(tài)測量大型結(jié)構(gòu)的三維位置變形數(shù)據(jù)。本發(fā)明進(jìn)一步拓展了像機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍，可用于飛艇、艦船、大壩等大型結(jié)構(gòu)的形變監(jiān)測，具有重要的理論研究意義和廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種監(jiān)測飛艇、艦船、大壩等大型結(jié)構(gòu)形變的串并聯(lián)像機(jī)網(wǎng)絡(luò)測量方法，具體是一種利用串并聯(lián)像機(jī)網(wǎng)絡(luò)的攝像測量技術(shù)實(shí)現(xiàn)大型結(jié)構(gòu)形變自動監(jiān)測的方法。

背景技術(shù)

全場、高精度、動態(tài)測量大型結(jié)構(gòu)的形變，是其動態(tài)性能實(shí)驗和質(zhì)量監(jiān)測的基本要求。大型結(jié)構(gòu)的形變測量主要有以下困難:(1).在長時間的形變監(jiān)測過程中，大型結(jié)構(gòu)各處均可能存在變形，沒有嚴(yán)格不動或已知變形的基準(zhǔn)點(diǎn)可供安裝像機(jī)，不能將不同時刻的形變測量數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系，從而無法分析大型結(jié)構(gòu)隨時間序列的形變情況。為確保所有的形變測量數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系中，需要實(shí)時測量像機(jī)的姿態(tài)變化；(2).大型結(jié)構(gòu)的形變測量同時要求大尺度和高精度，大尺度要求像機(jī)具有大視場，高精度需要有高空間分辨率。傳統(tǒng)的雙像機(jī)攝像測量方法在這兩者之間存在矛盾。

目前，傳統(tǒng)的形變測量方法利用專用測量儀器和方法對變形體的變形現(xiàn)象進(jìn)行測量的工作。其中接觸式測量方法會對測量對象本身造成干擾，而且測量系統(tǒng)布置繁瑣、測量點(diǎn)有限，無法滿足對大型結(jié)構(gòu)形貌和變形進(jìn)行全場、高精度測量以及動態(tài)監(jiān)測的需求。GPS變形監(jiān)測的優(yōu)點(diǎn)是監(jiān)測的精度較高，可以實(shí)現(xiàn)全天候、無人值守，實(shí)時或準(zhǔn)實(shí)時作業(yè)。但也存在缺點(diǎn)：一是由于每個觀測點(diǎn)都需要布設(shè)接收機(jī)天線，對大量點(diǎn)的測量成本較高；二是測量的前提條件是必須能夠接收到GPS信號，所以一般只能應(yīng)用在露天情況，而難以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)或地下作業(yè)；三是在鉛垂方向上測量精度往往不能滿足工程的需要。傳統(tǒng)的光學(xué)測量技術(shù)采用光學(xué)經(jīng)緯儀、電子全站儀等儀器，具有非接觸測量、精度高等優(yōu)點(diǎn)。但也有自身的局限性，如難以實(shí)現(xiàn)測量過程的自動化，觀測周期長，觀測受外界環(huán)境條件限制多等。

攝像測量學(xué)主要是由傳統(tǒng)的攝影測量學(xué)、光學(xué)測量與計算機(jī)視覺和數(shù)字圖像處理分析等學(xué)科交叉和融合而成。攝像測量技術(shù)是一種利用攝像機(jī)等設(shè)備對動態(tài)、靜態(tài)景物或物體進(jìn)行拍攝得到序列或單幀數(shù)字圖像，再應(yīng)用數(shù)字圖像處理分析等技術(shù)對目標(biāo)結(jié)構(gòu)參數(shù)或運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行測量和估計的理論和技術(shù)。攝像測量具有非接觸、高精度、可測點(diǎn)多、實(shí)時動態(tài)測量等特點(diǎn)，在大型結(jié)構(gòu)的形變測量方面有獨(dú)特的優(yōu)勢。根據(jù)攝像機(jī)的布設(shè)形式，像機(jī)網(wǎng)絡(luò)可分為兩類：并聯(lián)像機(jī)網(wǎng)絡(luò)和串聯(lián)像機(jī)網(wǎng)絡(luò)。并聯(lián)像機(jī)網(wǎng)絡(luò)指把像機(jī)并列地連接起來組成的像機(jī)網(wǎng)絡(luò)，兩個及以上像機(jī)同時觀測同一個待測區(qū)域。串聯(lián)像機(jī)網(wǎng)絡(luò)指把像機(jī)及其附屬物(如合作標(biāo)志等)逐個順次連接起來組成的像機(jī)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成從基準(zhǔn)逐級傳遞到待測目標(biāo)的觀測鏈路。鏈路中每一級即是連接站，又是待測目標(biāo)。

對于大型結(jié)構(gòu)變形測量，發(fā)明人先前提出的同時傳遞位置和姿態(tài)的折線光路像機(jī)鏈攝像測量原理，和基于位移傳遞像機(jī)鏈攝像測量的路基沉降自動監(jiān)測方法與系統(tǒng)。前面提出的兩種方法均是構(gòu)造串聯(lián)像機(jī)網(wǎng)絡(luò)，與沒有與并聯(lián)像機(jī)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合。針對飛艇、艦船、大壩等大型結(jié)構(gòu)形變監(jiān)測的需求，本發(fā)明提出了利用串并聯(lián)像機(jī)網(wǎng)絡(luò)的攝像測量技術(shù)實(shí)現(xiàn)形變的自動監(jiān)測。

相比此前提出的位姿傳遞像機(jī)串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和位移傳遞像機(jī)串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，串并聯(lián)像機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合了串聯(lián)像機(jī)網(wǎng)絡(luò)和并聯(lián)像機(jī)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，在相同的測量條件下極大減少了像機(jī)等硬件成本，能夠全場、高精度、動態(tài)測量大型結(jié)構(gòu)的形變。本發(fā)明進(jìn)一步拓展了像機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍，可用于飛艇、艦船、大壩等大型結(jié)構(gòu)的形變監(jiān)測，具有重要的理論研究意義和廣泛的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容