[发明专利]一种桥梁挠度的测量方法及系统

说明书

本发明公开了一种桥梁挠度的测量方法，先通过固定在桥梁挠度监测点上的光学测量装置每个隔3‑5s抓取一张远处的包含与光学测量装置保持垂直关系的监测目标的背景图片，通过图像处理算法来得到远处建筑的位移数据，此位移数据即桥梁挠度的测量数据。本发明还提供了一种桥梁挠度测量的系统，包括在桥梁挠度监测点上的光学测量装置、设置在云端且内置桥梁挠度位移测量软件的服务器、通信模块及电源，所述光学测量装置分别与通信模块、电源电连接；所述通信模块一端与电源电连接，通信模块另一端通过无线与内置桥梁挠度测量软件的服务器连接。本发明解决了现有桥梁挠度测量困难及效率低的问题。

技术领域

本发明涉及一种挠度的测量方法，具体涉及一种桥梁挠度的测量方法。本发明涉及了一种桥梁挠度的测量系统。

背景技术

挠度作为桥梁的一项重要参数，能够反映桥梁结构的竖向整体刚度，是反映桥梁线性变化的重要依据。因此在桥梁监测中，需要经对桥梁挠度进行定期监测，以期跟踪桥梁挠度的变化。桥梁挠度的监测有多种方法，归类可以分为接触式测量和非接触测量两类。接触类测量通常采用静力水准仪测量，非接触测量通常采用光学测量方法。接触类测量需要浪费大量地人力物力，测量成本较高；光学测量通常采用的方法是距远离桥梁一定距离，放置光学测量装置，通过对桥梁成像的图片进行图像处理，获得桥梁挠度位移所对应的像素值，再通过像素值转换成相应的挠度测量值，此方法存在的缺点是在距离桥梁一定范围内，很难找到合适的地方来固定光学测量装置，即便能找到，也需要与土地所有单位进行沟通协调，是否允许在那个地方放置测量装置存在不确定性，给挠度测量带来一定的非技术问题，这就直接影响了挠度监测的实现。

发明内容

本发明解决了现有技术的不足，提供了一种高效且准确的桥梁挠度的测量过方法。本发明还提供了一种实现该方法的桥梁挠度测量系统。

本发明为了实现上述目的所采用的技术方案是：

一种桥梁挠度的测量方法，包括以下步骤：先通过固定在桥梁挠度监测点上的光学测量装置每个隔3-5s抓取一张远处的包含与光学测量装置保持垂直关系的监测目标的背景图片，通过图像处理算法来得到远处建筑的位移数据，此位移数据即桥梁挠度的测量数据。本发明把光学测量装置固定在桥梁挠度的监测点上，监测点是桥梁上客观存在的，光学测量装置与监测目标即远处的固定建筑保持垂直关系，远处建筑可以认为固定不动，当桥梁挠度发生变化时，可以认为光学测量装置在挠度方向发生位移，对应的远处建筑就会在图像上发生相应的位置变化，通过图像处理可以得到建筑的相应的像素变化，像素变化值可以对应的得出位移的变化值，这个测量值就是挠度的测量值。

进一步地，所述图像处理算法包括以下步骤：a、先对抓取的远处背景图片中截取像素区域为41*41至61*61，且包含监测目标的图片；b、对形成的前后两张图片进行匹配运算，找到相关系数最大值的坐标；c、对图片进行灰度进行插值运算得到包含亚像素位移值；d、通过对两张图片坐标值相减得到像素坐标变化值；e、单位像素的位移值乘以像素坐标变化值即得到相应垂直位移的测量值；f、在测量垂直位移中剔除俯仰变化带来的位移后得到的位移即为桥梁挠度测量值。

更进一步地，所述匹配运算根据下列（1）式进行计算：

（1）

式中 f(x_i,y_i)为测试目标运动前的数字图像的灰度分布，g(x_i,y_i)为目标运动后的数字图像中选择的观测区域的灰度分布，观测区域在X及Y方向包含的像素分别为m及n个。

更进一步地，所述对图片进行灰度进行插值运算是根据公式（2）、（3）、（4）、（5）得到公式（6）和（7），u₀ 与v₀为包含亚像素的位移像素值；

（2）

（3）