專利名稱：一種結(jié)構(gòu)位移逆向攝像測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)位移攝像測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種結(jié)構(gòu)位移逆向攝像測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
近幾年來，攝影測(cè)量因具有非接觸、遠(yuǎn)距離等突出優(yōu)點(diǎn)，已成為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，有望成為一種精確實(shí)用的大型結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)方法。一般的結(jié)構(gòu)位移攝像測(cè)量的方法是在觀測(cè)前，先將標(biāo)志物固定于待測(cè)結(jié)構(gòu)特定的位置上，選擇一視野開闊、至測(cè)量點(diǎn)的距離適中、方便架設(shè)攝像機(jī)的平地面，作為測(cè)量的工作區(qū)域，并用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)觀測(cè)運(yùn)動(dòng)的標(biāo)志物。在全天候攝像測(cè)量中，由于需要長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)，架在地面上的攝像機(jī)在無人值守的情況下得不到相應(yīng)的保護(hù)，會(huì)受到人為的破壞。因此，需要一種既具有非接觸、遠(yuǎn)距離等優(yōu)點(diǎn)，又能保護(hù)攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)無人值守的長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)的新型攝像測(cè)量方法。同時(shí)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)位移攝像測(cè)量時(shí)，測(cè)量結(jié)果會(huì)受到環(huán)境等各類因素的影響而產(chǎn)生一定的測(cè)量誤差，需要運(yùn)用一種新型的精度補(bǔ)償方法來減小因環(huán)境等各類因素引起的測(cè)量誤差，使得測(cè)量結(jié)果更加精確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)位移逆向攝像測(cè)量方法；該結(jié)構(gòu)位移逆向攝像測(cè)量方法能夠使得數(shù)字?jǐn)z像機(jī)不會(huì)受到人為的破壞，從而實(shí)現(xiàn)無人值守的長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，把自適應(yīng)濾波運(yùn)用到實(shí)測(cè)位移上來，減小因數(shù)字?jǐn)z像機(jī)運(yùn)動(dòng)等因素引起的測(cè)量誤差，使得測(cè)量結(jié)果更加精確。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種結(jié)構(gòu)位移逆向攝像測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟:(I)將數(shù)字?jǐn)z像機(jī)架設(shè)在待測(cè)結(jié)構(gòu)的測(cè)點(diǎn)上，在地面上選取固定不動(dòng)的基準(zhǔn)點(diǎn)安裝標(biāo)志物；(2)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)隨著待測(cè)點(diǎn)的位移而運(yùn)動(dòng)，通過運(yùn)動(dòng)的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)監(jiān)測(cè)不動(dòng)的標(biāo)志物；( 3 )計(jì)算所攝圖像中標(biāo)志物中心的像素平面坐標(biāo)，根據(jù)標(biāo)定系統(tǒng)歸化出標(biāo)志物的真實(shí)坐標(biāo)，確定標(biāo)志物相對(duì)于待測(cè)點(diǎn)的位移；(4)利用鏡像法，將標(biāo)志物相對(duì)于待測(cè)點(diǎn)的位移換算成待測(cè)點(diǎn)相對(duì)于固定標(biāo)志物的位移，即待測(cè)點(diǎn)位移。(5)根據(jù)結(jié)構(gòu)的變形特點(diǎn)，確定位移的主方向和次方向；(6)以次方向的實(shí)測(cè)位移為參考信號(hào)，以主方向的實(shí)測(cè)位移為基本信號(hào)，設(shè)計(jì)自適應(yīng)濾波器；(7)將主方向?qū)崪y(cè)位移經(jīng)自適應(yīng)濾波器處理后的結(jié)果作為測(cè)點(diǎn)的真實(shí)位移。本發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)位移逆向攝像測(cè)量方法是將數(shù)字?jǐn)z像機(jī)與標(biāo)志物的位置互換，將數(shù)字?jǐn)z像機(jī)架設(shè)在待測(cè)結(jié)構(gòu)的測(cè)點(diǎn)上，在地面上選取固定不動(dòng)的基準(zhǔn)點(diǎn)安裝標(biāo)志物。數(shù)字?jǐn)z像機(jī)隨著待測(cè)點(diǎn)的位移而運(yùn)動(dòng)，通過運(yùn)動(dòng)的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)監(jiān)測(cè)不動(dòng)的標(biāo)志物。計(jì)算所攝圖像中標(biāo)志物中心的像素平面坐標(biāo)，根據(jù)標(biāo)定系統(tǒng)歸化出標(biāo)志物的真實(shí)坐標(biāo)，確定標(biāo)志物相對(duì)于待測(cè)點(diǎn)的位移。利用鏡像法，將標(biāo)志物相對(duì)于待測(cè)點(diǎn)的位移換算成待測(cè)點(diǎn)相對(duì)于固定標(biāo)志物的位移，即待測(cè)點(diǎn)位移。逆向攝像測(cè)量法中的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)是架在大型土木結(jié)構(gòu)上，使得數(shù)字?jǐn)z像機(jī)不會(huì)受到人為的破壞，從而實(shí)現(xiàn)無人值守的長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)。由于攝像測(cè)量的結(jié)果會(huì)受到環(huán)境等各類因素的影響，為了減小測(cè)量誤差，使得測(cè)量結(jié)果更加精確，本發(fā)明提出了基于噪聲相關(guān)性的精度補(bǔ)償方法。因?yàn)榇笮徒Y(jié)構(gòu)往往在某一方向(次方向)的實(shí)測(cè)位移極小，如超高層建筑在風(fēng)荷載作用下，位移主要發(fā)生在水平向(主方向)，而豎向位移極小(次方向)；大跨度橋梁在風(fēng)或車載荷載作用下，位移主要發(fā)生在橫橋向的豎直鉛垂面內(nèi)，而縱橋向位移非常小。在結(jié)構(gòu)位移攝像測(cè)量中，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)至少可測(cè)得平面內(nèi)兩個(gè)垂直方向的位移(使用兩部數(shù)字?jǐn)z像機(jī)可測(cè)得三維位移)，由于其中一個(gè)方向(次方向)的動(dòng)態(tài)位移非常小，其測(cè)量結(jié)果可近似視為噪聲，它與主方向?qū)崪y(cè)位移結(jié)果所包含的噪聲相關(guān)，但與主方向?qū)崪y(cè)位移結(jié)果所包含的真實(shí)位移不相關(guān)，滿足自適應(yīng)濾波器的應(yīng)用條件。本發(fā)明就是將自適應(yīng)濾波方法運(yùn)用到結(jié)構(gòu)位移攝像測(cè)量精度的優(yōu)化上來。具體使用時(shí)，自適應(yīng)濾波器以次方向的實(shí)測(cè)位移為參考信號(hào)、以主方向的實(shí)測(cè)位移為基本信號(hào)，跟蹤它們的統(tǒng)計(jì)特性，并自動(dòng)地調(diào)節(jié)參數(shù)以適應(yīng)它們未知或隨機(jī)變化的統(tǒng)計(jì)特性，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)濾波而得到更加精確的位移。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。一種結(jié)構(gòu)位移逆向攝像測(cè)量方法，包括以下步驟:(I)將數(shù)字?jǐn)z像機(jī)架設(shè)在待測(cè)結(jié)構(gòu)的測(cè)點(diǎn)上，在地面上選取固定不動(dòng)的基準(zhǔn)點(diǎn)安裝標(biāo)志物；(2)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)隨著待測(cè)點(diǎn)的位移而運(yùn)動(dòng)，通過運(yùn)動(dòng)的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)監(jiān)測(cè)不動(dòng)的標(biāo)志物；`( 3 )計(jì)算所攝圖像中標(biāo)志物中心的像素平面坐標(biāo)，根據(jù)標(biāo)定系統(tǒng)歸化出標(biāo)志物的真實(shí)坐標(biāo)，確定標(biāo)志物相對(duì)于待測(cè)點(diǎn)的位移；在結(jié)構(gòu)位移逆向攝像測(cè)量前，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)安裝于處于靜止的待測(cè)結(jié)構(gòu)上，在地面上的基準(zhǔn)點(diǎn)安置標(biāo)定板。用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)定板進(jìn)行攝像測(cè)量，處理所攝標(biāo)定板圖像并確定各標(biāo)定點(diǎn)的像平面坐標(biāo)，把圖像上的像平面坐標(biāo)和標(biāo)定板上物平面坐標(biāo)一一對(duì)應(yīng)，形成系統(tǒng)標(biāo)定，從而得到兩坐標(biāo)間的映射關(guān)系。在實(shí)際的逆向攝像中測(cè)量中，計(jì)算所攝圖像中標(biāo)志物中心的像素平面坐標(biāo)，根據(jù)標(biāo)定系統(tǒng)中已得到的映射關(guān)系映射出標(biāo)志物的真實(shí)坐標(biāo)，確定標(biāo)志物相對(duì)于待測(cè)點(diǎn)的物平面位移。(4)利用鏡像法，將標(biāo)志物相對(duì)于待測(cè)點(diǎn)的位移換算成待測(cè)點(diǎn)相對(duì)于固定標(biāo)志物的位移，即待測(cè)點(diǎn)位移。(5)根據(jù)結(jié)構(gòu)的變形特點(diǎn)，確定位移的主方向和次方向；所述主方向是結(jié)構(gòu)在荷載作用下發(fā)生較大位移的方向，而次方向是結(jié)構(gòu)在力的作用下發(fā)生較小位移的方向。主方向和次方向是根據(jù)結(jié)構(gòu)變形特點(diǎn)所決定的，如大跨度橋梁在風(fēng)或車載荷載作用下，位移主要發(fā)生在橫橋向的豎直鉛垂面內(nèi)，而縱橋向位移非常小，那么豎直鉛垂面方向?yàn)橹鞣较?，縱橋向?yàn)榇畏较?；超高層建筑在風(fēng)荷載作用下，位移主要發(fā)生在水平向，豎向位移極小，則水平向?yàn)橹鞣较?，豎向位移為次方向。(6)以次方向的實(shí)測(cè)位移為參考信號(hào)，以主方向的實(shí)測(cè)位移為基本信號(hào)，設(shè)計(jì)自適應(yīng)濾波器；我們研究發(fā)現(xiàn)，次方向?qū)崪y(cè)位移與主方向?qū)崪y(cè)位移結(jié)果所包含的噪聲相關(guān)，且與主方向?qū)崪y(cè)位移結(jié)果所包含的真實(shí)位移不相關(guān)，滿足了使用自適應(yīng)濾波法的前提條件，因此將自適應(yīng)濾波方法運(yùn)用到結(jié)構(gòu)位移攝像測(cè)量精度的優(yōu)化上來。具體使用時(shí)，自適應(yīng)濾波器以次方向的動(dòng)態(tài)位移為參考信號(hào)、以主方向的動(dòng)態(tài)位移為基本信號(hào)，跟蹤它們的統(tǒng)計(jì)特性，并自動(dòng)地調(diào)節(jié)參數(shù)以適應(yīng)它們未知或隨機(jī)變化的統(tǒng)計(jì)特性，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)濾波而得到更加精確的位移。具體如何設(shè)計(jì)自適應(yīng)濾波器完全可以采用現(xiàn)有技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明中不再贅述。(7)將主方向?qū)崪y(cè)位移經(jīng)·自適應(yīng)濾波器處理后的結(jié)果作為測(cè)點(diǎn)的真實(shí)位移。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)位移逆向攝像測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將數(shù)字?jǐn)z像機(jī)架設(shè)在待測(cè)結(jié)構(gòu)的測(cè)點(diǎn)上，在地面上選取固定不動(dòng)的基準(zhǔn)點(diǎn)安裝標(biāo)志物； (2)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)隨著待測(cè)點(diǎn)的位移而運(yùn)動(dòng)，通過運(yùn)動(dòng)的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)監(jiān)測(cè)不動(dòng)的標(biāo)志物； (3 )計(jì)算所攝圖像中標(biāo)志物中心的像素平面坐標(biāo)，根據(jù)標(biāo)定系統(tǒng)歸化出標(biāo)志物的真實(shí)坐標(biāo)，確定標(biāo)志物相對(duì)于待測(cè)點(diǎn)的位移； (4)利用鏡像法，將標(biāo)志物相對(duì)于待測(cè)點(diǎn)的位移換算成待測(cè)點(diǎn)相對(duì)于固定標(biāo)志物的位移，即待測(cè)點(diǎn)位移； (5)根據(jù)結(jié)構(gòu)的變形特點(diǎn)，確定位移的主方向和次方向； (6)以次方向的實(shí)測(cè)位移為參考信號(hào)，以主方向的實(shí)測(cè)位移為基本信號(hào)，設(shè)計(jì)自適應(yīng)濾波器； (7)將主方向 實(shí)測(cè)位移經(jīng)自適應(yīng)濾波器處理后的結(jié)果作為測(cè)點(diǎn)的真實(shí)位移。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)位移逆向攝像測(cè)量方法，包括以下步驟(1)將數(shù)字?jǐn)z像機(jī)架設(shè)在待測(cè)結(jié)構(gòu)的測(cè)點(diǎn)上，在地面上選取基準(zhǔn)點(diǎn)安裝標(biāo)志物；(2)通過運(yùn)動(dòng)的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)監(jiān)測(cè)不動(dòng)的標(biāo)志物；(3)確定標(biāo)志物相對(duì)于待測(cè)點(diǎn)的位移；(4)將標(biāo)志物相對(duì)于待測(cè)點(diǎn)的位移換算成待測(cè)點(diǎn)相對(duì)于固定標(biāo)志物的位移，即待測(cè)點(diǎn)位移；(5)確定位移的主方向和次方向；(6)設(shè)計(jì)自適應(yīng)濾波器；(7)將主方向?qū)崪y(cè)位移經(jīng)自適應(yīng)濾波器處理后的結(jié)果作為測(cè)點(diǎn)的真實(shí)位移。本發(fā)明將數(shù)字?jǐn)z像機(jī)與標(biāo)志物的位置互換，從而實(shí)現(xiàn)無人值守的長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)；同時(shí)本發(fā)明把自適應(yīng)濾波運(yùn)用到實(shí)測(cè)位移的精度提高上，減小因數(shù)字?jǐn)z像機(jī)運(yùn)動(dòng)等因素引起的測(cè)量誤差，使得測(cè)量結(jié)果更加精確。
文檔編號(hào)G01B11/02GK103234462SQ20131017041
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月8日
發(fā)明者周華飛, 秦良忠, 謝子令 申請(qǐng)人:溫州大學(xué)