本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用雙目視覺位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析輸電塔結(jié)構(gòu)模態(tài)的方法。

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。但是由于輸電塔在風(fēng)荷載作用下的振動(dòng)的不規(guī)律，研究人員很難對(duì)輸電塔的振動(dòng)情況進(jìn)行判斷，難以得到準(zhǔn)確的振動(dòng)模態(tài)，也就無法提出有效的解決輸電塔倒塌的措施。

由于輸電塔-線結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)輸電塔-線結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)位移監(jiān)測(cè)的要求，因而也無法計(jì)算出結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確的受力情況。常規(guī)圖像處理技術(shù)通過靈活組合多種圖像處理算法可完成各種場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)圖像的分析和信息的提取，然而常規(guī)圖像處理手段也存在的諸多問題，如參數(shù)多，難調(diào)整；步驟多，繁瑣易出錯(cuò)；對(duì)圖像質(zhì)量要求高，光照、噪聲對(duì)算法執(zhí)行效果有直接影響等。

為了更準(zhǔn)確、方便地獲得結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)位移或變位信息，急需另外一種高效的、實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)位移及變形監(jiān)測(cè)技術(shù)來獲取結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)塔線體系的快速自動(dòng)檢測(cè)與評(píng)估提供了可能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明利用了一種采用機(jī)器雙目視覺技術(shù)的、高效的、準(zhǔn)確的輸電塔-線體系實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電塔模態(tài)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種利用雙目視覺位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析輸電塔結(jié)構(gòu)模態(tài)的方法，其特征在于：所述雙目視覺位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括測(cè)量靶標(biāo)、圖像采集裝置、圖像處理計(jì)算機(jī)、風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量裝置；所述測(cè)量靶標(biāo)若干，均根據(jù)需要設(shè)置在輸電塔上；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(cè)測(cè)量靶標(biāo)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(cè)量靶標(biāo)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)，判定結(jié)構(gòu)是否在正常工作范圍內(nèi)振動(dòng)。

具體實(shí)現(xiàn)包括以下步驟：

步驟1：獲取實(shí)時(shí)風(fēng)速風(fēng)向，計(jì)算得到風(fēng)振頻率ω；

步驟2：計(jì)算變形后的輸電塔相對(duì)于未變形的輸電塔的空間位移函數(shù)sij和輸電塔測(cè)點(diǎn)在特定頻率ωf位移阻抗zf；

步驟3：利用輸電塔測(cè)點(diǎn)的空間位移函數(shù)估算模態(tài)質(zhì)量m和模態(tài)剛度k，以此為基礎(chǔ)計(jì)算結(jié)構(gòu)振動(dòng)幅值a和模態(tài)固有頻率ω0；

步驟4：判定結(jié)構(gòu)是否在正常工作范圍內(nèi)振動(dòng)，以及是否有發(fā)生共振的可能。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1、該方法有良好的操作性及穩(wěn)定性，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(duì)輸電塔-線耦聯(lián)體在不同風(fēng)速和風(fēng)向情況下的動(dòng)態(tài)位移和變形的有效監(jiān)控；

2、輸電塔風(fēng)致振型復(fù)雜、難以計(jì)算，該系統(tǒng)利用圖像處理軟件能夠準(zhǔn)確讀取同一時(shí)刻所有靶標(biāo)的三維坐標(biāo)，利用相應(yīng)算法和動(dòng)力學(xué)原理推算出輸電塔、輸電線在不同風(fēng)速和風(fēng)向下的振動(dòng)模態(tài)，從而為防止輸電塔風(fēng)致倒塌的研究提供依據(jù)；

3、該方法能夠?qū)旊娝L(fēng)致振動(dòng)破壞形態(tài)進(jìn)行預(yù)估，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化；

4、與傳統(tǒng)的模態(tài)獲取方法相比，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為本發(fā)明實(shí)施例的雙目視覺位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的流程圖。

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(duì)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(qǐng)見圖1，本發(fā)明提供的一種利用雙目視覺位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析輸電塔結(jié)構(gòu)模態(tài)的方法，雙目視覺位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括測(cè)量靶標(biāo)3、圖像采集裝置、圖像處理計(jì)算機(jī)、風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量裝置；測(cè)量靶標(biāo)3若干，均根據(jù)需要設(shè)置在輸電塔1上；圖像采集裝置包括若干設(shè)置在未變形的輸電塔1下的高速攝像機(jī)4，用于獲取測(cè)測(cè)量靶標(biāo)3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(cè)量靶標(biāo)3的三維坐標(biāo)，計(jì)算未變形的輸電塔1在不同風(fēng)速和風(fēng)向下的振動(dòng)模態(tài)，判定結(jié)構(gòu)是否在正常工作范圍內(nèi)振動(dòng)。

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

請(qǐng)見圖2，本發(fā)明提供的一種利用雙目視覺位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析輸電塔結(jié)構(gòu)模態(tài)的方法，包括以下步驟：

步驟1：利用phwe測(cè)風(fēng)儀測(cè)得實(shí)時(shí)風(fēng)速風(fēng)向，利用脈動(dòng)風(fēng)力函數(shù)得風(fēng)振頻率ω；

步驟2：在輸電塔1的下方布置兩個(gè)高速攝像機(jī)，利用雙目識(shí)別位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)4，以及測(cè)量靶標(biāo)3，將三維實(shí)體測(cè)量靶標(biāo)3位置投影到左右相機(jī)二維圖像之中，原理表示為：

x＝k[r|t]·x

隨后采用基于立體視覺的3d重建，將左相機(jī)坐標(biāo)plj[xlj,ylj]與右相機(jī)坐標(biāo)prj[xrj,yrj]進(jìn)行位移演變，獲取測(cè)量靶標(biāo)3的三維坐標(biāo)pj＝(xj,yj,zj)。

若將某一時(shí)刻所有測(cè)量靶標(biāo)3的坐標(biāo)在軟件中進(jìn)行呈現(xiàn)時(shí)，就能模擬出輸電塔1特定點(diǎn)的實(shí)時(shí)位置；就能模擬出輸電塔特定點(diǎn)的實(shí)時(shí)位置得到形變后的輸電塔2空間位移函數(shù)sij；，

sij(ti)＝f[ti,gj(x,y,z)]

式中，ti為測(cè)試時(shí)間點(diǎn)，j為在不同位置靶標(biāo)測(cè)點(diǎn)；

若將某一時(shí)間段不同時(shí)刻的輸電塔1進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，就能得到輸電塔測(cè)點(diǎn)在特定頻率ωf下的位移阻抗zf。

步驟3：利用輸電塔測(cè)點(diǎn)的空間位移函數(shù)估算模態(tài)質(zhì)量m和模態(tài)剛度k；

再以此為基礎(chǔ)計(jì)算結(jié)構(gòu)振動(dòng)幅值a和模態(tài)固有頻率ω0；

以測(cè)點(diǎn)j為例，考慮x方向振動(dòng)為例，x方向的自由振動(dòng)微分方程：

轉(zhuǎn)化為拉氏域方程

令

結(jié)構(gòu)固有頻率

x方向振動(dòng)響應(yīng)方程為：

a與由邊界條件sij等確定；

步驟4：判斷結(jié)構(gòu)振動(dòng)幅值a是否超過結(jié)構(gòu)正常工作幅值a0，a0根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制規(guī)范》選取，若a≤a0說明振幅在控制范圍內(nèi)；若a≥a0說明振幅過大。

同時(shí)需要判斷工作頻率ω是否落在模態(tài)固有頻率的半功率帶寬之內(nèi)：

若或則不會(huì)發(fā)生共振危險(xiǎn)，

若則可能發(fā)生共振危險(xiǎn)。

盡管本說明書較多地使用了未變形的輸電塔1、變形后的輸電塔2、測(cè)量靶標(biāo)3、雙目識(shí)別監(jiān)測(cè)系統(tǒng)4等術(shù)語(yǔ)，但并不排除使用其他術(shù)語(yǔ)的可能性。使用這些術(shù)語(yǔ)僅僅是為了更方便的描述本發(fā)明的本質(zhì)，把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。

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(duì)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(duì)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(qǐng)求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。