[发明专利]利用双目视觉位移监测系统分析输电塔结构模态的方法

说明书

本发明公开了一种利用双目视觉位移监测系统分析输电塔结构模态的方法，双目视觉位移监测系统包括测量靶标、图像采集装置、图像处理计算机、风速风向测量装置；首先在输电塔的薄弱位置设置好靶标，然后利用告诉摄像机进行连续拍摄，并将照片通过传输导线输送到图像处理计算机中；计算机中的图像处理软件根据两个相邻靶点之间距离的变化计算出电塔位移的瞬时变化，进而得到电塔的振动模态。本发明有良好的操作性及稳定性，并具有高采样率、高精度、非接触及多点实时采集等优点，能够实现对电塔振动有效监控，从而为研究输电塔的风致倒塌的研究提供依据，优化往后的结构设计。

技术领域

本发明属于结构健康监测技术领域，具体涉及一种利用双目视觉位移监测系统分析输电塔结构模态的方法。

背景技术

近年来，输电塔在强风作用下倒塌的事故时有发生，给人民的生命和财产造成了极大的威胁。但是由于输电塔在风荷载作用下的振动的不规律，研究人员很难对输电塔的振动情况进行判断，难以得到准确的振动模态，也就无法提出有效的解决输电塔倒塌的措施。

由于输电塔-线结构现场环境的局限，运用传统的传感器如加速度传感器、位移传感器、激光传感器或者全球定位系统等，已经满足不了对输电塔-线结构动态位移监测的要求，因而也无法计算出结构准确的受力情况。常规图像处理技术通过灵活组合多种图像处理算法可完成各种场景运动图像的分析和信息的提取，然而常规图像处理手段也存在的诸多问题，如参数多，难调整；步骤多，繁琐易出错；对图像质量要求高，光照、噪声对算法执行效果有直接影响等。

为了更准确、方便地获得结构的动态位移或变位信息，急需另外一种高效的、实时结构动态位移及变形监测技术来获取结构振动模态，实现整个塔线体系的快速自动检测与评估提供了可能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明利用了一种采用机器双目视觉技术的、高效的、准确的输电塔-线体系实时动态监测系统实现对输电塔模态。

本发明所采用的技术方案是：一种利用双目视觉位移监测系统分析输电塔结构模态的方法，其特征在于：所述双目视觉位移监测系统包括测量靶标、图像采集装置、图像处理计算机、风速风向测量装置；所述测量靶标若干，均根据需要设置在输电塔上；所述图像采集装置包括若干设置在无形变的输电塔下的高速摄像机，用于获取测测量靶标的三维坐标；

所述图像采集装置与图像处理计算机通过传输导线连接，所述图像处理计算机读取所述图像采集装置拍摄得到的帧系列照片中测量靶标的三维坐标，计算无形变的输电塔在不同风速和风向下的振动模态，判定结构是否在正常工作范围内振动。

具体实现包括以下步骤：

步骤1：获取实时风速风向，计算得到风振频率ω；

步骤2：计算变形后的输电塔相对于未变形的输电塔的空间位移函数s_ij和输电塔测点在特定频率ω_f位移阻抗Z_f；

步骤3：利用输电塔测点的空间位移函数估算模态质量M和模态刚度K，以此为基础计算结构振动幅值A和模态固有频率ω₀；

步骤4：判定结构是否在正常工作范围内振动，以及是否有发生共振的可能。

本发明的优点是：

1、该方法有良好的操作性及稳定性，并具有高采样率、高精度、非接触及实时性等优点，能够实现对输电塔-线耦联体在不同风速和风向情况下的动态位移和变形的有效监控；

2、输电塔风致振型复杂、难以计算，该系统利用图像处理软件能够准确读取同一时刻所有靶标的三维坐标，利用相应算法和动力学原理推算出输电塔、输电线在不同风速和风向下的振动模态，从而为防止输电塔风致倒塌的研究提供依据；

3、该方法能够对输电塔风致振动破坏形态进行预估，可以实现动态结构设计以及结构优化；