專利名稱：一種結構位移逆向攝像測量方法
技術領域：
本發明屬于結構位移攝像測量領域，具體涉及一種結構位移逆向攝像測量方法。
背景技術：
近幾年來，攝影測量因具有非接觸、遠距離等突出優點，已成為結構健康監測領域的研究熱點之一，有望成為一種精確實用的大型結構位移監測方法。一般的結構位移攝像測量的方法是在觀測前，先將標志物固定于待測結構特定的位置上，選擇一視野開闊、至測量點的距離適中、方便架設攝像機的平地面，作為測量的工作區域，并用數字攝像機觀測運動的標志物。在全天候攝像測量中，由于需要長期連續監測，架在地面上的攝像機在無人值守的情況下得不到相應的保護，會受到人為的破壞。因此，需要一種既具有非接觸、遠距離等優點，又能保護攝像機實現無人值守的長期連續監測的新型攝像測量方法。同時，在進行結構位移攝像測量時，測量結果會受到環境等各類因素的影響而產生一定的測量誤差，需要運用一種新型的精度補償方法來減小因環境等各類因素引起的測量誤差，使得測量結果更加精確。
發明內容
本發明針對上述現有技術的不足，提供了一種結構位移逆向攝像測量方法；該結構位移逆向攝像測量方法能夠使得數字攝像機不會受到人為的破壞，從而實現無人值守的長期連續監測。同時，把自適應濾波運用到實測位移上來，減小因數字攝像機運動等因素引起的測量誤差，使得測量結果更加精確。
本發明是通過如下技術方案實現的:一種結構位移逆向攝像測量方法，其特征在于，包括以下步驟:(I)將數字攝像機架設在待測結構的測點上，在地面上選取固定不動的基準點安裝標志物；(2)數字攝像機隨著待測點的位移而運動，通過運動的數字攝像機監測不動的標志物；( 3 )計算所攝圖像中標志物中心的像素平面坐標，根據標定系統歸化出標志物的真實坐標，確定標志物相對于待測點的位移；(4)利用鏡像法，將標志物相對于待測點的位移換算成待測點相對于固定標志物的位移，即待測點位移。(5)根據結構的變形特點，確定位移的主方向和次方向；(6)以次方向的實測位移為參考信號，以主方向的實測位移為基本信號，設計自適應濾波器；(7)將主方向實測位移經自適應濾波器處理后的結果作為測點的真實位移。本發明所述的結構位移逆向攝像測量方法是將數字攝像機與標志物的位置互換，將數字攝像機架設在待測結構的測點上，在地面上選取固定不動的基準點安裝標志物。數字攝像機隨著待測點的位移而運動，通過運動的數字攝像機監測不動的標志物。計算所攝圖像中標志物中心的像素平面坐標，根據標定系統歸化出標志物的真實坐標，確定標志物相對于待測點的位移。利用鏡像法，將標志物相對于待測點的位移換算成待測點相對于固定標志物的位移，即待測點位移。逆向攝像測量法中的數字攝像機是架在大型土木結構上，使得數字攝像機不會受到人為的破壞，從而實現無人值守的長期連續監測。由于攝像測量的結果會受到環境等各類因素的影響，為了減小測量誤差，使得測量結果更加精確，本發明提出了基于噪聲相關性的精度補償方法。因為大型結構往往在某一方向(次方向)的實測位移極小，如超高層建筑在風荷載作用下，位移主要發生在水平向(主方向)，而豎向位移極小(次方向)；大跨度橋梁在風或車載荷載作用下，位移主要發生在橫橋向的豎直鉛垂面內，而縱橋向位移非常小。在結構位移攝像測量中，數字攝像機至少可測得平面內兩個垂直方向的位移(使用兩部數字攝像機可測得三維位移)，由于其中一個方向(次方向)的動態位移非常小，其測量結果可近似視為噪聲，它與主方向實測位移結果所包含的噪聲相關，但與主方向實測位移結果所包含的真實位移不相關，滿足自適應濾波器的應用條件。本發明就是將自適應濾波方法運用到結構位移攝像測量精度的優化上來。具體使用時，自適應濾波器以次方向的實測位移為參考信號、以主方向的實測位移為基本信號，跟蹤它們的統計特性，并自動地調節參數以適應它們未知或隨機變化的統計特性，從而實現最優濾波而得到更加精確的位移。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明做進一步詳細的說明。一種結構位移逆向攝像測量方法，包括以下步驟:(I)將數字攝像機架設在待測結構的測點上，在地面上選取固定不動的基準點安裝標志物；(2)數字攝像機隨著待測點的位移而運動，通過運動的數字攝像機監測不動的標志物；`( 3 )計算所攝圖像中標志物中心的像素平面坐標，根據標定系統歸化出標志物的真實坐標，確定標志物相對于待測點的位移；在結構位移逆向攝像測量前，數字攝像機安裝于處于靜止的待測結構上，在地面上的基準點安置標定板。用數字攝像機對準標定板進行攝像測量，處理所攝標定板圖像并確定各標定點的像平面坐標，把圖像上的像平面坐標和標定板上物平面坐標一一對應，形成系統標定，從而得到兩坐標間的映射關系。在實際的逆向攝像中測量中，計算所攝圖像中標志物中心的像素平面坐標，根據標定系統中已得到的映射關系映射出標志物的真實坐標，確定標志物相對于待測點的物平面位移。(4)利用鏡像法，將標志物相對于待測點的位移換算成待測點相對于固定標志物的位移，即待測點位移。(5)根據結構的變形特點，確定位移的主方向和次方向；所述主方向是結構在荷載作用下發生較大位移的方向，而次方向是結構在力的作用下發生較小位移的方向。主方向和次方向是根據結構變形特點所決定的，如大跨度橋梁在風或車載荷載作用下，位移主要發生在橫橋向的豎直鉛垂面內，而縱橋向位移非常小，那么豎直鉛垂面方向為主方向，縱橋向為次方向；超高層建筑在風荷載作用下，位移主要發生在水平向，豎向位移極小，則水平向為主方向，豎向位移為次方向。(6)以次方向的實測位移為參考信號，以主方向的實測位移為基本信號，設計自適應濾波器；我們研究發現，次方向實測位移與主方向實測位移結果所包含的噪聲相關，且與主方向實測位移結果所包含的真實位移不相關，滿足了使用自適應濾波法的前提條件，因此將自適應濾波方法運用到結構位移攝像測量精度的優化上來。具體使用時，自適應濾波器以次方向的動態位移為參考信號、以主方向的動態位移為基本信號，跟蹤它們的統計特性，并自動地調節參數以適應它們未知或隨機變化的統計特性，從而實現最優濾波而得到更加精確的位移。具體如何設計自適應濾波器完全可以采用現有技術來實現，本發明中不再贅述。(7)將主方向實測位移經·自適應濾波器處理后的結果作為測點的真實位移。
權利要求
1.一種結構位移逆向攝像測量方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將數字攝像機架設在待測結構的測點上，在地面上選取固定不動的基準點安裝標志物； (2)數字攝像機隨著待測點的位移而運動，通過運動的數字攝像機監測不動的標志物； (3 )計算所攝圖像中標志物中心的像素平面坐標，根據標定系統歸化出標志物的真實坐標，確定標志物相對于待測點的位移； (4)利用鏡像法，將標志物相對于待測點的位移換算成待測點相對于固定標志物的位移，即待測點位移； (5)根據結構的變形特點，確定位移的主方向和次方向； (6)以次方向的實測位移為參考信號，以主方向的實測位移為基本信號，設計自適應濾波器； (7)將主方向 實測位移經自適應濾波器處理后的結果作為測點的真實位移。
全文摘要
本發明提供了一種結構位移逆向攝像測量方法，包括以下步驟(1)將數字攝像機架設在待測結構的測點上，在地面上選取基準點安裝標志物；(2)通過運動的數字攝像機監測不動的標志物；(3)確定標志物相對于待測點的位移；(4)將標志物相對于待測點的位移換算成待測點相對于固定標志物的位移，即待測點位移；(5)確定位移的主方向和次方向；(6)設計自適應濾波器；(7)將主方向實測位移經自適應濾波器處理后的結果作為測點的真實位移。本發明將數字攝像機與標志物的位置互換，從而實現無人值守的長期連續監測；同時本發明把自適應濾波運用到實測位移的精度提高上，減小因數字攝像機運動等因素引起的測量誤差，使得測量結果更加精確。
文檔編號G01B11/02GK103234462SQ20131017041
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月8日 優先權日2013年5月8日
發明者周華飛, 秦良忠, 謝子令 申請人:溫州大學