[發明專利]一種測量高鐵橋梁豎向動擾度的方法

有效

• 申請號: 201910032404.1
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN109596053B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 楊夏;王揚洋;林彬;張小虎;黃天立;王衛東
• 申請（專利權）人: 中山大學;中南大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/16
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

1.一種測量高鐵橋梁豎向動擾度的方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1確定待測高鐵橋梁，在待測高鐵橋梁上布設左側參考點、中間測量點以及右側參考點；

S2在無人機上搭建測量裝置，利用無人機進行飛行測量；

測量裝置包括相機以及設置在相機鏡頭前方的多個光學鏡片組件，相機以及光學鏡片組件均通過支撐裝置安裝在無人機上；各光學鏡片組件均包括光學鏡片以及旋轉機構，光學鏡片連接旋轉機構，能夠在旋轉機構的帶動下調整其角度；

將拍攝位置設置在兩個參考點間的中垂線上，控制無人機飛行到兩個參考點間的中垂線上的拍攝位置，無人機上的相機鏡頭正向對準待測高鐵橋梁上標記的中間測量點；調整各光學鏡片組件中的光學鏡片，使得待測高鐵橋梁上標記的左側參考點、右側參考點、中間測量點能夠在相機鏡頭中成像且分別成像于拍攝圖像中的R、G、B三個通道；無人機上的相機按照設定時間間隔對待測高鐵橋梁進行拍攝成像，得到各拍攝時刻對應的拍攝圖像；

S3計算待測高鐵橋梁豎向動擾度；

根據相機拍攝得到的圖像，分別計算得到世界坐標系下中間測量點、左側參考點、右側參考點在豎直方向上的相對位移，進而得到高鐵橋梁豎向動擾度，方法如下：

S3.1對于初始拍攝時刻對應的首張拍攝圖像，通過模板匹配找到首張拍攝圖像中的待測高鐵橋梁上標記的中間測量點和左、右側兩個參考點，得到中間測量點、左側參考點和右側參考點在首張拍攝圖像中的圖像坐標；對于后續各拍攝時刻對應的拍攝圖像，采用最小二乘圖像匹配跟蹤法對中間測量點、左側參考點和右側參考點進行跟蹤，得到后續各拍攝時刻對應的拍攝圖像上的中間測量點、左側參考點和右側參考點的圖像坐標；

S3.2根據中間測量點的圖像坐標，計算世界坐標系下中間測量點在豎直方向上的相對位移d₁：

d₁＝x_A-x_B

其中，A點為待測高鐵橋梁上中間測量點原來位置，x_A為A點對應的世界坐標系下的坐標，B點為待測高鐵橋梁上中間測量點移動后的位置，x_B為B點對應的世界坐標系下的坐標，為x_A在i時刻對應的拍攝圖像中的坐標，為x_B在i時刻對應的拍攝圖像中的坐標，D為相機鏡頭到包含中間測量點移動所在直線并且垂直于相機光軸的平面的垂直距離，f為相機的焦距，θ為相機光軸與相機鏡頭到中間測量點移動所在平面的垂直線的夾角；

S3.3采用S3.2中相同的方法，根據左側參考點的圖像坐標，計算世界坐標系下左側參考點在豎直方向上的相對位移d₂；根據右側參考點的圖像坐標，計算世界坐標系下右側參考點在豎直方向上的相對位移d₃；

S4.4高鐵橋梁豎向動擾度為：

2.根據權利要求1所述的測量高鐵橋梁豎向動擾度的方法，其特征在于：S1中，在待測高鐵橋梁的左右兩端分別布置一個參考點作為左側參考點和右側參考點，在待測高鐵橋梁的跨中位置布置一個測量點作為中間測量點，中間測量點、左側參考點和右側參考點位于同一水平線上，中間測量點位于左側參考點和右側參考點的中心，左側參考點與中間測量點之間的距離以及右側參考點與中間測量點之間的距離已知，左側參考點的海拔高度以及右側參考點的海拔高度已知。

3.根據權利要求2所述的測量高鐵橋梁豎向動擾度的方法，其特征在于：S1中在待測高鐵橋梁上通過噴漆或者涂寫的方式進行中間測量點、兩個參考點的標記。

4.根據權利要求2所述的測量高鐵橋梁豎向動擾度的方法，其特征在于：S2中，所述測量裝置包括四個光學鏡片組件，四個光學鏡片組件中的光學鏡片分為1#光學鏡片、2#光學鏡片、3#光學鏡片和4#光學鏡片；其中1#光學鏡片和2號光學鏡片均為反射藍色光但透射紅色光及綠色光的帶阻鏡片；3#光學鏡片為透射綠色光但反射紅色光及藍色光的帶通鏡片；4#光學鏡片為只反射紅色光但透射綠色光及藍色光的帶阻鏡片。