本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種輸電塔線體系全景多角度雙目視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
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。但是由于輸電塔和輸電線都是高柔性結(jié)構(gòu)，在風(fēng)荷載作用下二者高度耦合，目前很難對(duì)塔線體系振動(dòng)響應(yīng)和受力進(jìn)行定量分析，是長(zhǎng)久以來(lái)研究和設(shè)計(jì)控制的難題，也無(wú)法提出有效的解決輸電塔倒塌的措施。
由于輸電塔線體系現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的局限，運(yùn)用傳統(tǒng)的接觸式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)輸電塔線體系動(dòng)態(tài)位移監(jiān)測(cè)的要求，因而限制了對(duì)輸電塔線耦合機(jī)理和失穩(wěn)機(jī)制的研究。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，急需另外一種非接觸、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)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種采用機(jī)器雙目視覺(jué)技術(shù)的非接觸式、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)。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種輸電塔線體系全景多角度雙目視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：包括測(cè)量靶標(biāo)、風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量裝置、圖像采集裝置、傳輸導(dǎo)線、圖像處理計(jì)算機(jī)；
所述測(cè)量靶標(biāo)若干，粘貼在輸電塔和輸電線需要監(jiān)測(cè)的位置上；
所述圖像采集裝置若干，根據(jù)需要設(shè)置在輸電塔線體系多個(gè)角度的位置處，包括平行導(dǎo)線方向和垂直導(dǎo)線方向；
所述圖像采集裝置與圖像處理計(jì)算機(jī)通過(guò)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)算輸電塔、輸電線在不同風(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。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：
1、該系統(tǒng)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-線耦聯(lián)體的內(nèi)力復(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)，并根據(jù)兩張連續(xù)拍攝的照片中兩個(gè)相鄰靶標(biāo)距離的變化由力學(xué)原理計(jì)算出結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，從而為防止輸電塔風(fēng)致倒塌的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)研究和運(yùn)營(yíng)安全監(jiān)測(cè)評(píng)估提供依據(jù)；
3、通過(guò)對(duì)大量時(shí)間序列圖幀數(shù)據(jù)的分析，能夠?qū)旊娝L(fēng)致倒塌的失穩(wěn)機(jī)制及破壞形態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估；
4、與傳統(tǒng)的測(cè)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(shuō)明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)裝置圖；
圖中，1為輸電塔、2為測(cè)量靶標(biāo)、3為輸電線、4為風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量裝置、5圖像采集裝置、6為傳輸導(dǎo)線、7為圖像處理計(jì)算機(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(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(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
請(qǐng)見(jiàn)圖1，本發(fā)明提供的一種輸電塔線體系全景多角度雙目視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)，包括測(cè)量靶標(biāo)2、風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量裝置4、圖像采集裝置5(本實(shí)施例采用的是高速攝像機(jī))、傳輸導(dǎo)線6、圖像處理計(jì)算機(jī)7，圖像處理計(jì)算機(jī)7內(nèi)裝圖像處理和內(nèi)力計(jì)算軟件；在輸電塔1和輸電線3上設(shè)置適宜的測(cè)量靶標(biāo)2，并在多個(gè)角度設(shè)置圖像采集裝置5，特別是平行導(dǎo)線方向和垂直導(dǎo)線方向，利用圖像采集裝置5進(jìn)行連續(xù)拍攝，圖像采集裝置5與圖像處理計(jì)算機(jī)7通過(guò)傳輸導(dǎo)線6連接，圖像處理計(jì)算機(jī)7讀取所述圖像采集裝置5拍攝得到的幀系列照片中測(cè)量靶標(biāo)2的三維坐標(biāo)，計(jì)算輸電塔1、輸電線3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)5采集幀數(shù)為1000～1500幀/s，傳輸導(dǎo)線6為usb數(shù)據(jù)線，風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量裝置4為phwe測(cè)風(fēng)儀，用于測(cè)量實(shí)時(shí)風(fēng)速和風(fēng)向。
本實(shí)施例的高速攝像機(jī)5采集的目標(biāo)圖像是一個(gè)時(shí)間序列的圖像，首先選擇輸電塔線體系靜態(tài)圖像作為匹配圖像，然后選取靶標(biāo)區(qū)域作為匹配模板，并將這部分模板圖像和其所在的位置記錄下來(lái)，在后續(xù)的圖像序列幀中尋找此模板在每一幀的最佳匹配位置，提取整個(gè)時(shí)間序列下的運(yùn)動(dòng)矢量得到結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)位移序列。
利用雙目視覺(jué)技術(shù)對(duì)拍攝得到的幀系列圖像進(jìn)行快速分析，完成靶標(biāo)位置及動(dòng)態(tài)位移演變的識(shí)別，獲取振動(dòng)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電塔線體系在風(fēng)荷載作用下振動(dòng)模態(tài)的分析。并且通過(guò)輸電線或輸電塔構(gòu)件上相鄰靶標(biāo)之間在相同時(shí)間間隔內(nèi)的動(dòng)態(tài)位移差，實(shí)質(zhì)上就是在相應(yīng)風(fēng)荷載作用下輸電線或塔身構(gòu)件的伸長(zhǎng)或壓縮值，據(jù)此可以根據(jù)輸電線或塔身構(gòu)件的材料系數(shù)計(jì)算得到的受力大小；由此，依據(jù)試驗(yàn)確立輸電線或輸電塔構(gòu)件在風(fēng)荷載作用下的動(dòng)態(tài)特性。
根據(jù)力學(xué)原理，輸電線和輸電塔構(gòu)件的內(nèi)力可由下述公式計(jì)算的出：
其中，ε是輸電線(輸電塔構(gòu)件)的應(yīng)變；σ是輸電線(輸電塔構(gòu)件)的應(yīng)力；l是某一幀兩個(gè)相鄰靶標(biāo)之間的距離；l’是下一幀兩個(gè)相鄰靶標(biāo)之間的距離；e是輸電線(輸電塔構(gòu)件)材料的彈性模量。
盡管本說(shuō)明書(shū)較多地使用了輸電塔1、測(cè)量靶標(biāo)2、輸電線3、風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量裝置4、圖像采集裝置5、傳輸導(dǎo)線6、圖像處理計(jì)算機(jī)7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(shuō)明書(shū)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)。