[發明專利]一種基于數據融合的結構層間變形監測裝置及方法

有效

• 申請號: 202210436021.2
• 申請日: 2022-04-24
• 公開（公告）號: CN115046490B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 單伽锃;任晨輝;張愿
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊宏泰

1.一種基于數據融合的結構層間變形監測方法，其特征在于，采用層間變形監測裝置，所述層間變形監測裝置包括分別設置在建筑中待監測層間變形樓層的天花板和地板上的IMU(1)、通過剛性攝像機支架安裝在天花板上的攝像機(2)以及設置在地板上始終位于攝像機(2)拍攝范圍內的跟蹤靶點(3)；所述的天花板和地板上的IMU(1)均剛性固定在靠近攝像機(2)的角落處，在初始時刻，兩個IMU(1)的坐標系方向與世界坐標系方向重合，且布置在天花板的IMU(1)與布置在地板的IMU(1)處于同一鉛垂線上；

具體的，所述監測方法包括以下步驟：

步驟S1、在待監測層間變形樓層安裝所述層間變形監測裝置，在監測前，將標定板放置在跟蹤靶點(3)的靶點區域內，根據攝像機(2)拍攝標定板圖像，并建立標定板像素坐標(p_x,p_y)與世界坐標(x,y)之間的映射關系；

步驟S2、監測開始后，分別對兩個IMU(1)測得的加速度數據進行對時間的二重積分得到對應的位移，并以其位移差值作為基于IMU的層間水平位移，根據IMU(1)實時測得的姿態角和角速度數據，構建世界坐標系和IMU坐標系之間的旋轉矩陣，建立關于層間轉角的方程，采用四元數分量求解得到層間轉角；

步驟S3、根據攝像機(2)實時拍攝到待監測層間變形樓層的監測結構視覺圖像幀序列并進行預處理后選取感興趣區域，即靶點區域；

步驟S4、采用Harris特征點檢測算法提取靶點區域內的特征點坐標，采用KLT特征追蹤算法得到靶點位移時程，通過標定板像素坐標(p_x,p_y)與世界坐標(x,y)之間的映射關系得到基于視覺的層間水平位移；

步驟S5、將基于視覺的層間水平位移進行上采樣至與IMU(1)相同的采樣率，進行低通濾波后計算基于視覺層間水平位移與基于IMU的層間水平位移之間的相關性，并采用具有最大互相關值的時間偏移進行數據同步，其中，相關性的表達式為：

其中，x_n+m為視覺層間水平位移序列中第(n+m)個時間步數據，y_n為IMU層間水平位移序列中第n個時間步數據，N為總時間步，為時間步偏移為m時兩序列的互相關值，*表示復共軛；

步驟S6、采用濾波器分別對基于視覺層間水平位移以及基于IMU的層間水平位移進行低通濾波和高通濾波，將提取的偽靜態分量和動態分量融合得到監測結構層間水平位移；

步驟S7、在得到層間轉角以及監測結構層間水平位移后即完成結構層間變形的監測。

2.根據權利要求1所述的一種基于數據融合的結構層間變形監測方法，其特征在于，所述的步驟S1中，標定板像素坐標(p_x,p_y)與世界坐標(x,y)之間的映射關系具體為：

其中，α₀、α₁、α₂、α₃、α₄、α₅、β₀、β₁、β₂、β₃、β₄、β₅分別為待定參數。

3.根據權利要求2所述的一種基于數據融合的結構層間變形監測方法，其特征在于，所述的步驟S1中，通過跟蹤標定板上的多個目標點的多幀畫面得到目標點的平均坐標，通過最小二乘法擬合得到待定參數。