一種獲取模擬地震振動(dòng)臺(tái)的位移變化的測(cè)量方法及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種利用光學(xué)原理的Ξ維動(dòng)態(tài)變形測(cè)量方法 及其測(cè)量系統(tǒng)，具體設(shè)及一種獲取模擬地震振動(dòng)臺(tái)的位移變化的測(cè)量方法及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 地震活動(dòng)具有一定的不可預(yù)知性，它的突然降臨會(huì)給人類帶來重大的災(zāi)難，尤其 對(duì)房屋建筑造成的破壞會(huì)直接危及人身安全。為此，設(shè)計(jì)具有高抗震性的房屋建筑具有重 大意義。高樓模擬地震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)作為高樓建設(shè)施工前一個(gè)必不可少的試驗(yàn)論證環(huán)節(jié)，為 高樓的抗震性研究和設(shè)計(jì)指導(dǎo)，提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。
[0003] 高樓模擬地震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)主要是將設(shè)計(jì)好的高層建筑按照一定的比例縮放成一 個(gè)鋼筋混凝±模型，然后利用振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上外部激振設(shè)備，模擬各級(jí)地震波形，并通過事先 在模擬上布置的各類傳感器來獲取地震響應(yīng)，最后依據(jù)相關(guān)技術(shù)分析獲取到的地震信息， 得到所設(shè)計(jì)高樓的抗震性能，并指導(dǎo)理論研究和后期的高樓設(shè)計(jì)改進(jìn)。
[0004] 目前，獲取高樓模擬地震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中位移、速度和加速度等信息，主要依靠接觸 式測(cè)量設(shè)備，例如應(yīng)變計(jì)和壓電傳感器。此類設(shè)備具有實(shí)時(shí)同步采集、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)， 但是普遍存在安裝調(diào)試過程復(fù)雜、抗干擾性差等問題。對(duì)于大型建筑模擬試驗(yàn)，安裝調(diào)試往 往需要幾天甚至幾周的時(shí)間，并且還要進(jìn)行各種降噪減噪處理，會(huì)消耗大量的人力、物力和 財(cái)力。
[0005] 近些年來，隨著光電技術(shù)、電磁技術(shù)的發(fā)展，依據(jù)非接觸式手段獲取物體的位置變 化，已經(jīng)越來越受到各行業(yè)的青睞。根據(jù)所使用基本原理的不同，大致可W分為W下幾類：
[0006] 1.激光Ξ角法：激光發(fā)射器將發(fā)射的可見激光射向被測(cè)物體表面，反射后通過接 收器，再根據(jù)Ξ角測(cè)距原理，計(jì)算出傳感器與被測(cè)物之間的距離。常見的有激光位移傳感 器，它具有測(cè)量精度高、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但是測(cè)量目標(biāo)數(shù)有限。
[0007] 2.電滿流法：根據(jù)電磁感應(yīng)原理，利用探頭與被測(cè)物之間距離變化，產(chǎn)生的感應(yīng) 電流來間接得到距離。常見有電滿流位移傳感器，它具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)， 但是受到工況環(huán)境的限制，測(cè)量范圍有限。
[0008] 3.超聲測(cè)量法：利用超聲波的反射、折射和波形轉(zhuǎn)換原理，主要用來進(jìn)行工業(yè)的 產(chǎn)品缺陷檢測(cè)，無法用于位移等信息的提取。
[0009] 4.機(jī)器視覺測(cè)量：利用計(jì)算機(jī)視覺和數(shù)字視頻技術(shù)，采用CCD相機(jī)將被測(cè)物相關(guān) 特征采集后，經(jīng)過?？诘膱D像處理軟件，利用相關(guān)算法，得出需要的位移和Ξ維坐標(biāo)等信 息。此方法具有測(cè)量精度高、適用性強(qiáng)的特點(diǎn)，并且相關(guān)的測(cè)量系統(tǒng)安裝調(diào)試簡單，數(shù)據(jù)的 后期處理周期短。
[0010] 鑒于傳統(tǒng)的接觸式和非接觸式測(cè)量方法在模擬地震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中位移信息獲取 方面存在的不足，本發(fā)明提供一種利用光學(xué)原理的Ξ維動(dòng)態(tài)變形測(cè)量方法和測(cè)量系統(tǒng)來獲 取模擬地震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的位移變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種獲取模擬地震振動(dòng)臺(tái)的位移變化的測(cè)量 方法及其系統(tǒng)，非接觸無損傷、測(cè)量精度高、自動(dòng)化程度高、測(cè)量周期短。
[0012] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種獲取模擬地震振動(dòng)臺(tái)的位移變化 的測(cè)量方法，其特征在于：包括W下測(cè)量步驟，
[0013] 步驟一，配置由相機(jī)、鏡頭和激光探測(cè)器組成的圖像采集裝置，并對(duì)圖像采集裝置 進(jìn)行調(diào)試，所述相機(jī)和鏡頭均為配套設(shè)置的兩個(gè)，兩所述相機(jī)對(duì)稱設(shè)置在激光探測(cè)器的兩 側(cè)，所述激光探測(cè)器的激光發(fā)射端和兩所述鏡頭均正向待檢測(cè)振動(dòng)臺(tái)模型設(shè)置；
[0014] 步驟二，在待檢測(cè)振動(dòng)臺(tái)模型上標(biāo)識(shí)非編碼點(diǎn)，啟動(dòng)兩相機(jī)同步采集獲取非編碼 點(diǎn)的動(dòng)態(tài)圖像信息，采集圖像信息過程的同時(shí)對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，W及基于絕對(duì)二次曲面 標(biāo)定方程對(duì)相機(jī)的內(nèi)外參數(shù)進(jìn)行自標(biāo)定處理，并將采集處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至服務(wù)器；
[0015] 步驟Ξ，對(duì)采集處理后的圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算圖像上的非編碼點(diǎn)為基本元素， 基于式一的共線方程算法來計(jì)算單幅圖像中的點(diǎn)在物方空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)狂、Y、幻，
陽016] 其中，（X，y)-圖像中像點(diǎn)坐標(biāo)；（X。、y。)-圖像中主點(diǎn)坐標(biāo)；（Αχ,Ay)-像點(diǎn)在成 像過程中由于鏡頭崎變引起的系統(tǒng)誤差；f-相片距離攝影中屯、S距離；狂s、Ys、Zs)-攝影中 屯、S在物方空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；ζ義>Y> 2J-物體點(diǎn)在像空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)； 狂、Υ、幻-圖像點(diǎn)在物方空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；(a"、b"、c。）為^X>f^名）與狂、Y、 幻之間換算的矩陣；
[0017] 步驟四，圖像立體匹配：基于共線方程和共面方程將兩幅圖像上的同一非編碼點(diǎn) 在物方空間上的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)匹配，匹配成功后將兩幅圖像上的同一非編碼點(diǎn)的二維信 息轉(zhuǎn)化成攜帶有坐標(biāo)和位移信息的Ξ維空間點(diǎn)；
[0018] 步驟五，與圖像立體匹配同時(shí)完成的圖像序列匹配：基于區(qū)域捜索算法捜索匹配 當(dāng)前Ξ維空間點(diǎn)的下一個(gè)Ξ維空間點(diǎn)，匹配獲得的Ξ維空間點(diǎn)為特征點(diǎn)，W此獲得同一非 編碼點(diǎn)的特征點(diǎn)的離散點(diǎn)集；
[0019] 步驟六，圖像序列追蹤同一非編碼點(diǎn)的特征點(diǎn)的離散點(diǎn)集為基礎(chǔ)，基于空間域 捜索算法對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡繪制，W此來追蹤每個(gè)非編碼點(diǎn)的3D運(yùn)動(dòng)軌跡和Ξ維信息；
[0020] 步驟屯，Ξ維重建：W每個(gè)非編碼點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為基礎(chǔ)進(jìn)行Ξ維重建，并在軟件界 面中顯示，從軟件界面中能夠直接讀取并輸出位移變化量。
[0021] 本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括步驟二中圖像預(yù)處理的步驟為：
[0022] 2. 1)基于圖像二值法對(duì)圖像信息進(jìn)行非編碼點(diǎn)圖像識(shí)別處理；
[0023] 2. 2)基于中值濾波對(duì)識(shí)別的圖像進(jìn)行濾波降噪；
[0024] 2. 3)基于隔離邊緣算法對(duì)濾波降噪后的圖像進(jìn)行邊緣提取；
[0025] 2. 4)基于楠圓方程對(duì)邊緣提取的圖像進(jìn)行楠圓擬合，已獲得定位中屯、。本發(fā)明的 一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括步驟一中對(duì)圖像采集裝置進(jìn)行調(diào)試的步驟為：
[00%] 3. 1)通過激光探測(cè)器獲取相機(jī)與待檢測(cè)振動(dòng)臺(tái)模型之間的測(cè)量距離；
[0027] 3. 2)通過相機(jī)鏡頭的選取來計(jì)算兩個(gè)相機(jī)之間的基距和角度；
[0028] 3. 3)判斷角度是否合適，如果合適則控制調(diào)整相機(jī)的位置至最佳狀態(tài)；否則進(jìn)入 3. 2)。
[0029] 本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括步驟屯中Ξ維重建失敗的特征點(diǎn)，能夠 進(jìn)行手動(dòng)匹配，手動(dòng)匹配幾個(gè)狀態(tài)后，系統(tǒng)會(huì)解算手動(dòng)匹配的特征點(diǎn)，然后自動(dòng)進(jìn)行其余狀 態(tài)的匹配，并得到匹配的誤差信息。
[0030] 本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括軟件界面中能夠直接讀取并輸出每個(gè)特 征點(diǎn)各個(gè)方向的位移變化量。
[0031] 本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括步驟四中的匹配閥值和步驟五中的捜索 半徑在圖像采集裝置調(diào)試成功后手動(dòng)外部設(shè)置。 陽〇巧本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括軟件界面中輸出文件的格式包 括.excel、.txt、工程報(bào)告、視頻模式、數(shù)據(jù)模塊模式，所述數(shù)據(jù)模塊模式包括各狀態(tài)時(shí)間、 Ξ維坐標(biāo)、Ξ維位移、變形量和相對(duì)誤差值。
[0033] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的另一技術(shù)方案如下：一種獲取模擬地震振動(dòng)臺(tái)的位移 變化的測(cè)量系統(tǒng)，用于完成如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的測(cè)量方法，其特征在于：包括塔 臺(tái)、由相機(jī)、鏡頭和激光探測(cè)器組成的圖像采集裝置、服務(wù)器、W及與服務(wù)器連接的能夠運(yùn) 行嵌入式系統(tǒng)的終端，所述相機(jī)和鏡頭均為配套設(shè)置的兩個(gè)，兩所述相機(jī)對(duì)稱設(shè)置在激光 探測(cè)器的兩側(cè)，兩所述相機(jī)和激光探測(cè)器均通過一底座能夠滑動(dòng)的固定設(shè)置在一直線導(dǎo)軌 內(nèi)，所述激光探測(cè)器的激光發(fā)射端和兩所述鏡頭均正向塔臺(tái)設(shè)置。
[0034] 本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括所述塔臺(tái)上設(shè)有待測(cè)區(qū)域，所述待測(cè)區(qū) 域內(nèi)標(biāo)識(shí)有若干個(gè)圓形非編碼點(diǎn)，所述相機(jī)的高度與待測(cè)區(qū)域的高度均為10m，所述相機(jī)正 對(duì)待測(cè)區(qū)域設(shè)置，且相機(jī)與待測(cè)區(qū)域之間的測(cè)量距離為8m-10m。
[0035] 本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括所述非編碼點(diǎn)標(biāo)識(shí)的位置為所述塔臺(tái)的 梁結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)上。
[0036] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明利用光學(xué)原理來獲取結(jié)構(gòu)上人工標(biāo)識(shí)非編碼點(diǎn)的 視頻圖像，然后基于數(shù)字圖像處理技術(shù)和相關(guān)算法對(duì)視頻圖像進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)位置的 自動(dòng)識(shí)別與匹配追蹤，從而得到測(cè)點(diǎn)的Ξ維重建，獲取各測(cè)點(diǎn)的位移變化量，整個(gè)測(cè)量過程 非接觸無損傷、測(cè)量精度高、自動(dòng)化程度高、測(cè)量周期短，具有巨大的行業(yè)優(yōu)勢(shì)和良好的推 廣應(yīng)用前景。
【附圖說明】<