本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙目視覺測量系統(tǒng)的輸電塔構(gòu)件形變及內(nèi)力監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

近年來，輸電塔在強(qiáng)風(fēng)作用下倒塌的事故時(shí)有發(fā)生，給人民的生命和財(cái)產(chǎn)造成了極大的威脅。輸電塔往往是格構(gòu)式鋼結(jié)構(gòu)，沿塔身經(jīng)常設(shè)置橫隔板等構(gòu)造，風(fēng)荷載作用下實(shí)際上沿塔身構(gòu)件受力變形大不相同，由于研究人員很難對輸電塔構(gòu)件的受力情況進(jìn)行分析，也就無法提出有效的構(gòu)件加固方式解決輸電塔倒塌的問題。

由于輸電塔所處現(xiàn)場環(huán)境的局限，運(yùn)用傳統(tǒng)的傳感器如加速度傳感器、位移傳感器、激光傳感器或者全球定位系統(tǒng)等，已經(jīng)滿足不了對輸電塔構(gòu)件動(dòng)態(tài)位移監(jiān)測的要求，因而也無法計(jì)算出輸電塔構(gòu)件準(zhǔn)確的受力情況。為了更準(zhǔn)確、方便地獲得輸電塔構(gòu)件的受力情況，急需另外一種高效的、實(shí)時(shí)的輸電塔構(gòu)件形變及內(nèi)力監(jiān)測方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種采用機(jī)器雙目視覺技術(shù)的、高效的、準(zhǔn)確的輸電塔構(gòu)件形變及內(nèi)力監(jiān)測方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于雙目視覺測量系統(tǒng)的輸電塔構(gòu)件形變及內(nèi)力監(jiān)測方法，其特征在于：所述雙目視覺測量系統(tǒng)包括測量靶標(biāo)a、測量靶標(biāo)b、圖像采集裝置、傳輸導(dǎo)線、圖像處理計(jì)算機(jī)、風(fēng)速風(fēng)向測量裝置；所述測量靶標(biāo)a、測量靶標(biāo)b均設(shè)置在輸電塔構(gòu)件A的兩端；所述圖像采集裝置包括若干設(shè)置在無形變的輸電塔下的高速攝像機(jī)，用于獲取測量靶標(biāo)a、測量靶標(biāo)b的三維坐標(biāo)；

所述圖像采集裝置與圖像處理計(jì)算機(jī)通過傳輸導(dǎo)線連接，所述圖像處理計(jì)算機(jī)讀取所述圖像采集裝置拍攝得到的幀系列照片中測量靶標(biāo)a、測量靶標(biāo)b的三維坐標(biāo)，計(jì)算無形變的輸電塔在不同風(fēng)速和風(fēng)向下的振動(dòng)模態(tài)，并根據(jù)連續(xù)拍攝的照片中相鄰靶標(biāo)距離的變化計(jì)算出結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。

所述方法包括以下步驟：

步驟1：利用風(fēng)速風(fēng)向測量裝置測量并記錄輸電塔所處環(huán)境的風(fēng)速和風(fēng)向信息；

步驟2：利用高速攝像機(jī)在輸電塔下方拍攝一系列的時(shí)間序列照片，并將照片通過傳輸導(dǎo)線輸送到圖像處理計(jì)算機(jī)中；

步驟3：圖像處理計(jì)算機(jī)讀取照片中測量靶標(biāo)a和測量靶標(biāo)b的三維坐標(biāo)；通過相鄰幀圖像中測量靶標(biāo)a和測量靶標(biāo)b三維坐標(biāo)的變化，計(jì)算出輸電塔構(gòu)件A在相同時(shí)間間隔內(nèi)的動(dòng)位移差，即輸電塔構(gòu)件A在相應(yīng)風(fēng)荷載作用下的伸長或壓縮值，據(jù)此根據(jù)輸電塔構(gòu)件A的材料系數(shù)計(jì)算得到該構(gòu)件的受力大?。挥纱?，依據(jù)試驗(yàn)建立測量輸電塔構(gòu)件A在風(fēng)荷載作用下的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)特性；

步驟4：調(diào)整測量靶標(biāo)a和測量靶標(biāo)b在輸電塔塔身的設(shè)置高度，重復(fù)步驟1～3，就能實(shí)現(xiàn)對輸電塔塔身不同高度處構(gòu)件動(dòng)位移、變形和內(nèi)力的監(jiān)測。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

1、該測量方法操作簡單，并具有高采樣率、高精度、非接觸及實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對沿輸電塔不同高度處構(gòu)件在不同風(fēng)速和風(fēng)向情況下的變形和內(nèi)力進(jìn)行有效監(jiān)測；

2、圖像處理技術(shù)通過相鄰幀圖像中兩相鄰靶標(biāo)三維坐標(biāo)的變化，計(jì)算出構(gòu)件在相同時(shí)間間隔內(nèi)的動(dòng)位移差，實(shí)質(zhì)上就是構(gòu)件在相應(yīng)風(fēng)荷載作用下的伸長或壓縮值，據(jù)此可以根據(jù)構(gòu)件的材料系數(shù)計(jì)算得到該構(gòu)件的受力大小；由此，依據(jù)試驗(yàn)建立測量構(gòu)件在風(fēng)荷載作用下的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)特性。

3、通過大量數(shù)據(jù)的分析，能夠?qū)旊娝L(fēng)致倒塌構(gòu)件失穩(wěn)破壞形態(tài)進(jìn)行預(yù)估并提出有效的加固措施；

4、與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力測量方法相比，該方法的儀器回收率高，人力要求低，經(jīng)濟(jì)性好。

附圖說明

圖1為發(fā)明實(shí)施例的雙目視覺測量系統(tǒng)系統(tǒng)示意圖；

圖中，1為無形變時(shí)刻的輸電塔、2為測量靶標(biāo)a、3為輸電塔構(gòu)件A、4為測量靶標(biāo)b、5為發(fā)生形變時(shí)刻的輸電塔、6為高速攝像機(jī)。

具體實(shí)施方法

為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請見圖1，本提供的一種基于雙目視覺測量系統(tǒng)的輸電塔構(gòu)件形變及內(nèi)力監(jiān)測方法，雙目視覺測量系統(tǒng)包括測量靶標(biāo)a2、測量靶標(biāo)b4、圖像采集裝置、傳輸導(dǎo)線、圖像處理計(jì)算機(jī)、風(fēng)速風(fēng)向測量裝置；測量靶標(biāo)a2、測量靶標(biāo)b4均設(shè)置在輸電塔構(gòu)件A3的兩端；圖像采集裝置包括若干設(shè)置在無形變的輸電塔1下的高速攝像機(jī)，用于獲取測量靶標(biāo)a2、測量靶標(biāo)b4的三維坐標(biāo)；圖像采集裝置與圖像處理計(jì)算機(jī)通過傳輸導(dǎo)線連接，圖像處理計(jì)算機(jī)讀取圖像采集裝置拍攝得到的幀系列照片中測量靶標(biāo)a2、測量靶標(biāo)b4的三維坐標(biāo)，計(jì)算無形變的輸電塔1在不同風(fēng)速和風(fēng)向下的振動(dòng)模態(tài)，并根據(jù)連續(xù)拍攝的照片中相鄰靶標(biāo)距離的變化計(jì)算出結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。

本實(shí)施例的高速攝像機(jī)6的幀數(shù)為1000～1500幀/s，至少設(shè)置2臺；傳輸導(dǎo)線為USB數(shù)據(jù)線，風(fēng)速風(fēng)向測量裝置為PHWE測風(fēng)儀。

本發(fā)明提供了一種基于雙目視覺測量系統(tǒng)的輸電塔構(gòu)件變形及內(nèi)力監(jiān)測方法(現(xiàn)以構(gòu)件A為例)，包括以下步驟：

步驟1：利用風(fēng)速風(fēng)向測量裝置測量并記錄輸電塔所處環(huán)境的風(fēng)速和風(fēng)向信息；

步驟2：在需要測量的輸電塔構(gòu)件A的兩端分別粘貼一個(gè)測量靶標(biāo)，記為測量靶標(biāo)a和測量靶標(biāo)b；

步驟3：利用至少兩臺高速攝像機(jī)在輸電塔下方拍攝一系列的時(shí)間序列照片，并將照片通過傳輸導(dǎo)線輸送到圖像處理計(jì)算機(jī)中；

步驟4：圖像處理計(jì)算機(jī)利用圖像處理技術(shù)準(zhǔn)確讀取輸電塔無形變時(shí)照片中輸電塔構(gòu)件A兩端測量靶標(biāo)a的三維坐標(biāo)(x_a0,y_a0,z_a0)和測量靶標(biāo)b的三維坐標(biāo)(x_b0,y_b0,z_b0)以及t_n時(shí)刻照片中輸電塔構(gòu)件兩端測量靶標(biāo)a的三維坐標(biāo)(x_an,y_an,z_an)和測量靶標(biāo)b的三維坐標(biāo)(x_bn,y_bn,z_bn)；

步驟5：利用數(shù)學(xué)公式計(jì)算輸電塔無形變時(shí)輸電塔構(gòu)件A的長度s₀以及t_n時(shí)刻輸電塔構(gòu)件A的長度s_n，即：

步驟6：根據(jù)輸電塔構(gòu)件A長度的變化計(jì)算輸電塔構(gòu)件的線應(yīng)變ε，即：

其中，ε是輸電塔構(gòu)件A的應(yīng)變；σ是輸電塔構(gòu)件A的應(yīng)力；S_n是t_n時(shí)刻輸電塔構(gòu)件A的長度；S₀是輸電塔無形變時(shí)輸電塔構(gòu)件A的長度；

步驟7：根據(jù)胡克定律得到輸電塔構(gòu)件的應(yīng)力σ，即:

σ＝E·ε

其中，E為輸電塔構(gòu)件A材料的彈性模量。

步驟8：調(diào)整測量靶標(biāo)a和測量靶標(biāo)b在輸電塔塔身的設(shè)置高度，重復(fù)步驟1～7，就能實(shí)現(xiàn)對輸電塔塔身不同高度處構(gòu)件動(dòng)位移、變形和內(nèi)力的監(jiān)測。調(diào)整測量靶標(biāo)a和測量靶標(biāo)b在輸電塔塔身的設(shè)置高度，重復(fù)步驟1～7，就能實(shí)現(xiàn)對輸電塔塔身不同高度處構(gòu)件動(dòng)位移、變形和內(nèi)力的監(jiān)測。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。