[发明专利]一种基于无人机的高铁桥梁竖向动扰度测量方法

权利要求书

1.一种基于无人机的高铁桥梁竖向动扰度测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1 确定待测高铁桥梁，在待测高铁桥梁上布设左侧参考点、中间测量点以及右侧参考点；

S2 在无人机上设置三台相机，三台相机分别对应拍摄待测高铁桥梁上的左侧参考点、中间测量点以及右侧参考点；

S3 利用无人机进行飞行测量；

控制无人机飞行到两个参考点间的中垂线上，无人机上的三台相机分别对应拍摄待测高铁桥梁上标记的左侧参考点、中间测量点、右侧参考点；三台相机同步对待测高铁桥梁拍摄成像；

S4 计算待测高铁桥梁竖向动扰度；

根据三台相机拍摄得到的图像，分别计算得到世界坐标系下中间测量点、左侧参考点、右侧参考点在竖直方向上的相对位移，进而得到高铁桥梁竖向动扰度，实现方法如下：

S4.1 根据三台相机拍摄得到的图像，首先根据相机的参数及相机的相对位姿关系将3台相机各时刻同步拍摄到的图像分别合成到一张图像；

S4.2 对于初始拍摄时刻对应的首张合成图像，通过模板匹配找到首张合成图像中的待测高铁桥梁上标记的中间测量点和两个参考点，得到中间测量点和两个参考点在首张合成图像中的图像坐标；对于后续各拍摄时刻对应的合成图像，采用最小二乘图像匹配跟踪法对中间测量点和两个参考点进行跟踪，得到后续各拍摄时刻对应的合成图像上的中间测量点和两个参考点的图像坐标；

S4.3 根据中间测量点的图像坐标，计算世界坐标系下中间测量点在竖直方向上的相对位移d₁；

d₁＝x_A-x_B，

其中，A点为待测高铁桥梁上中间测量点原来位置，x_A为A点对应的世界坐标系下的坐标，B点为待测高铁桥梁上中间测量点移动后的位置，x_B为B点对应的世界坐标系下的坐标，为x_A在i时刻对应的合成图像中的坐标，为x_B在i时刻对应的合成图像中的坐标，D₁为中间相机镜头到包含中间测量点移动所在直线并且垂直于中间相机光轴的平面的垂直距离，f为中间相机的焦距，θ₁为中间相机光轴与中间相机镜头到中间测量点移动所在平面的垂直线的夹角；

S4.4 采用S4.3中相同的方法，根据左侧参考点的图像坐标，计算世界坐标系下左侧参考点在竖直方向上的相对位移d₂；根据右侧参考点的图像坐标，计算世界坐标系下右侧参考点在竖直方向上的相对位移d₃；

S4.5 高铁桥梁竖向动扰度为：

2.根据权利要求1所述的基于无人机的高铁桥梁竖向动扰度测量方法，其特征在于：在待测高铁桥梁的左右两端的两个桥墩上方分别布置一个参考点作为左侧参考点和右侧参考点，在待测高铁桥梁的跨中位置布置一个测量点作为中间测量点，中间测量点和两个参考点位于同一水平线上，中间测量点位于两个参考点的中心，两个参考点与测量点之间的距离以及参考点的海拔高度已知。

3.根据权利要求2所述的基于无人机的高铁桥梁竖向动扰度测量方法，其特征在于：S1中在待测高铁桥梁上通过喷漆或者涂写的方式进行中间测量点、两个参考点的标记。

4.根据权利要求2所述的基于无人机的高铁桥梁竖向动扰度测量方法，其特征在于：S2中，将具有相同的成像中心和成像分辨率的三台相机安装在无人机上且三台相机安装后处于同一水平面上，其中一台相机位于中间，用于对应拍摄中间测量点；另外两台相机左右对称分布于中间相机的左右两侧，分别用于对应拍摄待测高铁桥梁上的左侧参考点以及右侧参考点，两侧相机与中间相机之间的夹角均为θ，三个相机到待测高铁桥梁的距离相等。

5.根据权利要求4所述的基于无人机的高铁桥梁竖向动扰度测量方法，其特征在于：S2中两侧相机与中间相机之间的夹角θ的计算方式如下：

其中d为桥墩到跨中的距离，D₀为相机到待测高铁桥梁的距离。

6.根据权利要求1所述的基于无人机的高铁桥梁竖向动扰度测量方法，其特征在于：S4中采用单应变换将同一时刻三台相机拍摄到的图像合成到一张图像。