[发明专利]一种网壳型结构连续倒塌的高速视频测量方法

说明书

本发明涉及一种网壳型结构连续倒塌的高速视频测量方法，包括以下步骤：1)在网壳模型上方设置多台高速相机；2)进行球面拟合获取每个球状节点球心的初始三维坐标；3)建立局部物方坐标系，并且在网壳上布设与每个球状节点一一对应的目标点标志；4)获取相机的外方位元素以及目标点标志的初始三维坐标，建立目标点标志与节点球心固定的空间关系；5)启动网壳破断装置使网壳发生连续倒塌，高速相机同步采集网壳倒塌的影像数据；6)获取与球状节点球心相对应的目标点标志的三维坐标，通过坐标转换获取球状节点球心的三维坐标，最终获取节点球心的三维时程位移。与现有技术相比，本发明具有球心坐标测量方便、非接触、高精度、高频率等优点。

技术领域

本发明涉及土木工程领域，尤其是涉及一种网壳型结构连续倒塌的高速视频测量方法。

背景技术

在土木工程领域，结构连续性倒塌的动载测量任务是一项技术难题。在视频测量领域，许多学者已经进行了深入的研究并形成了独特的测量方案，然而他们的方法都只能直接地观测结构的表面点位，却无法测量结构的内部点位。

近年来，摄影测量技术已广泛应用于材料测试和结构监测中，而由此发展的视频测量技术能够以非接触方法测量目标对象的三维空间形态变化。在网壳的连续倒塌过程中，传统的接触式传感器和常规的视频测量方案都无法测量该网壳结构的内部点位，其原因如下：(1)球状节点在网壳倒塌时会发生较大位移变化，而接触式位移计的量程范围有限，容易发生损坏；(2)接触式传感器会增加网壳模型重量，进而对实验结果造成影响；(3)接触式传感器只能测量节点表面的位移，而不能测量节点球心的位移；(4)在网壳倒塌时，各节点在空间上不但有垂直方向的位移还会有水平方向的位移，而只能提供单方向位移的位移计或加速度计是根本无法精确地测量出节点的空间位移结果。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种球心坐标测量方便、精度高的网壳型结构连续倒塌的高速视频测量方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种网壳型结构连续倒塌的高速视频测量方法，用以获取网壳的球状节点球心的位移，包括以下步骤：

1)在测量开始前，在网壳模型上方设置多台高速相机，并获取高速相机的内方位元素；

2)采用全站仪获取网壳上每个球状节点上的多个表面点位坐标，并根据表面点位坐标进行球面拟合，以此获取每个球状节点球心的初始三维坐标；

3)在测量区域内布设多个控制点标志，通过全站仪测量所有控制点标志的坐标，建立局部物方坐标系，并且在网壳上布设与每个球状节点一一对应的目标点标志，该目标点标志与对应的球状节点视为一个刚体，在倒塌过程中，两者间不发生相对位移；

4)采用高速相机同步获取一段影像数据，获取相机的外方位元素以及目标点标志的初始三维坐标，且根据目标点标志的初始坐标和节点球心初始坐标建立目标点标志与节点球心固定的空间关系；

5)在网壳的破断处，启动网壳破断装置使网壳发生连续倒塌，同时，高速相机同步采集网壳倒塌的影像数据；

6)根据获取到的网壳倒塌影像数据进行视频测量解算，在每一帧影像中，获取与球状节点球心相对应的目标点标志的三维坐标，进而通过坐标转换获取球状节点球心的三维坐标，最终获取节点球心的三维时程位移。

所述的步骤1)中，高速相机的焦距在测量过程中应固定，且高速相机的内方位元素在整个测量过程中保持不变。

所述的步骤1)中，采用张正友相机检校法对高速相机进行检校，获取高速相机的内方位元素和光学畸变参数，所述的内方位元素包括像距和像主点坐标，所述的光学畸变参数包括镜头径向畸变和切向畸变。