[發(fā)明專利]一種結(jié)構(gòu)物位移測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010705902.0
• 申請(qǐng)日: 2020-07-21
• 公開（公告）號(hào): CN111947578A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐輝;宋爽;姚鴻梁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海同禾工程科技股份有限公司
• 主分類號(hào): G01B11/02
• 分類號(hào): G01B11/02;G06K9/00
• 代理公司: 上海天協(xié)和誠知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31216
• 代理人: 張恒康

本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)物位移測(cè)量系統(tǒng)，包括智能攝像機(jī)、設(shè)置于被測(cè)結(jié)構(gòu)物上的特征靶標(biāo)及智能設(shè)備，所述智能攝像機(jī)具有內(nèi)嵌入像素比例算法以及自動(dòng)識(shí)別程序；所述特征靶標(biāo)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圓，其上均勻分布有數(shù)個(gè)特征碼，所述特征碼中的每一個(gè)錄入了特征靶標(biāo)的編號(hào)、尺寸及其在該特征靶標(biāo)內(nèi)的序號(hào)信息；智能攝像機(jī)通過鏡頭與被測(cè)結(jié)構(gòu)物的被測(cè)平面相對(duì)布置，并且其鏡頭在視野范圍內(nèi)同時(shí)能觀測(cè)到多個(gè)被測(cè)平面內(nèi)的多個(gè)特征靶標(biāo)，以及能自動(dòng)識(shí)別所有特征靶標(biāo)，并根據(jù)已知特征靶標(biāo)上的特征碼獲取特征靶標(biāo)的編號(hào)與尺寸信息，本發(fā)明節(jié)約了儀器造價(jià)成本，大大提高監(jiān)測(cè)精度，應(yīng)用便捷高效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及位移測(cè)量領(lǐng)域，具體為一種使用特征靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)物位移測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法。

背景技術(shù)

土木工程基礎(chǔ)設(shè)施的特點(diǎn)是數(shù)量多，體積大，服役期長，結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生破壞會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的工程事故，造成國家財(cái)產(chǎn)損失、人員傷亡，產(chǎn)生不良社會(huì)影響。因此，針對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)物的安全監(jiān)測(cè)尤為重要，對(duì)于不同結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)特征不同，影響其安全因素的物理量也各不相同，基于絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)物最為重要和普遍的監(jiān)測(cè)物理量是位移，包括水平位移和豎向位移，故當(dāng)前結(jié)構(gòu)物采用位移測(cè)量是主要的選擇。

針對(duì)結(jié)構(gòu)物的位移監(jiān)測(cè)手段有很多種類，如全站儀測(cè)量、位移傳感器測(cè)量(靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)測(cè)豎向位移，激光傳感器測(cè)水平位移)或GNSS位移測(cè)量系統(tǒng)等，其中，全站儀屬于精密電子儀器，不僅價(jià)格昂貴，而且測(cè)量需要有合適的較大的空間，且需要人工監(jiān)測(cè)配合；其位移傳感器安裝需要水管電纜，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且儀器需要長期保護(hù)，測(cè)量精度受外界環(huán)境的干擾影響大，測(cè)不準(zhǔn)的問題難以解決；GNSS 位移測(cè)量系統(tǒng)在位移測(cè)量中容易受到區(qū)域電子干擾和衛(wèi)星幾何圖形的強(qiáng)度變化影響從而降低測(cè)量效率，且系統(tǒng)使用的成本較高。

近年以來出現(xiàn)了一些基于圖像識(shí)別的位移測(cè)量方法，在申請(qǐng)?zhí)枮?01811048952.5的中國專利中，即采用CCD攝像來測(cè)量位移的，但該專利基于圖像識(shí)別測(cè)量技術(shù)的方法需要標(biāo)尺作為參考，標(biāo)尺受外界環(huán)境變化影響大，需要對(duì)標(biāo)尺本身進(jìn)行保護(hù)，且需要人工在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行觀察維護(hù)。

目前，在市場(chǎng)上出現(xiàn)可通過攝像機(jī)和靶標(biāo)進(jìn)行圖像識(shí)別的遠(yuǎn)程測(cè)量技術(shù)，這種技術(shù)在一臺(tái)攝像機(jī)同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)靶標(biāo)時(shí)，需要測(cè)量每個(gè)靶標(biāo)的光學(xué)參數(shù)，包括攝像機(jī)焦距、物距等，同時(shí)需要安裝傾角儀測(cè)量攝像機(jī)光軸與每個(gè)靶標(biāo)的夾角，通過物距與夾角推算出結(jié)構(gòu)物的實(shí)際位移。攝像機(jī)的焦距會(huì)因環(huán)境溫濕度及材料的長期應(yīng)力變化影響導(dǎo)致測(cè)量誤差，為了消除材料誤差，需要定期對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，因而在野外長期測(cè)量的情況下，非常不便。這種技術(shù)對(duì)多個(gè)靶標(biāo)的測(cè)量不僅效率低，還會(huì)由于光學(xué)參數(shù)與傾角的測(cè)量誤差帶來結(jié)構(gòu)物位移測(cè)量的附加誤差。

因此，有必要提供一種新的結(jié)構(gòu)物位移測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了改善現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出了一種使用標(biāo)準(zhǔn)圓形特征靶標(biāo)的攝像機(jī)視覺位移測(cè)量系統(tǒng)，可以非接觸地同時(shí)測(cè)量結(jié)構(gòu)物的多個(gè)待測(cè)平面上多個(gè)靶標(biāo)的平面雙向位移及在平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角。

本發(fā)明將通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)技術(shù)改良：一種結(jié)構(gòu)物位移測(cè)量系統(tǒng)，包括智能攝像機(jī)、設(shè)置于被測(cè)結(jié)構(gòu)物上的特征靶標(biāo)及智能設(shè)備，所述智能攝像機(jī)具有內(nèi)嵌入像素比例算法以及自動(dòng)識(shí)別程序；所述特征靶標(biāo)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圓，其上均勻分布有數(shù)個(gè)特征碼，所述特征碼中的每一個(gè)錄入了特征靶標(biāo)的編號(hào)、尺寸及其在該特征靶標(biāo)內(nèi)的序號(hào)信息；所述智能攝像機(jī)通過鏡頭與被測(cè)結(jié)構(gòu)物的被測(cè)平面相對(duì)布置，并且其鏡頭在視野范圍內(nèi)同時(shí)能觀測(cè)到多個(gè)被測(cè)平面內(nèi)的多個(gè)特征靶標(biāo)，以及能自動(dòng)識(shí)別所有特征靶標(biāo)，并根據(jù)各個(gè)特征靶標(biāo)上的特征碼獲取特征靶標(biāo)的編號(hào)與尺寸信息。

進(jìn)一步地，所述智能攝像機(jī)內(nèi)的像素比例算法是根據(jù)已知特征靶標(biāo)的直徑與圖像所占像素建立唯一的比例關(guān)系，并能通過像素比例算法進(jìn)行特征靶標(biāo)與智能攝像機(jī)光軸成正交時(shí)的成像測(cè)量或存在夾角時(shí)的成像測(cè)量矯正，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)解算分析，以及根據(jù)特征靶標(biāo)的實(shí)際尺寸信息，對(duì)特征靶標(biāo)在物平面內(nèi)的位移進(jìn)行像素尺寸比例換算，從而計(jì)算出結(jié)構(gòu)物的實(shí)際位移數(shù)據(jù)。