[发明专利]一种基于无人机系统的桥梁结构位移测量方法

说明书

本发明公开了一种基于无人机系统的桥梁结构位移测量方法，使无人机定点悬停在待测量的桥梁结构表面，进行桥梁振动过程的图像采集；对采集得到的图像逐帧通过数字图像相关技术进行追踪分析，提取得到桥梁结构的位移；对采集得到的图像通过张正友标定法进行标定，求解得到无人机的运动位移；将所述桥梁结构的位移与所述无人机的运动位移作差，得到校正后的桥梁结构的真实位移。本发明利用无人机任意点高空悬停观测和图像实时传输的优点，并通过张正友标定法分析剔除无人机运动带来的误差位移，得到桥梁结构位移的准确测量结果，解决了现有的桥梁结构位移测量方法存在难以找到具有适当视线的部署位置、部署复杂、测量准确度低等问题。

技术领域

本发明涉及视觉测量技术领域，尤其涉及一种基于无人机系统的桥梁结构位移测量方法。

背景技术

基于振动的结构健康监测是评估民用基础设施安全性最常用的方法之一。健康监测的应用都是从测量结构的动力响应开始的，但是由于需要一个固定的参考点、高成本和低精度等影响，位移测量一直受到限制。近年来，研究人员开展了基于视觉的结构健康监测研究，提供了非接触和有效的测量方法。然而，现有的基于视觉的位移测量方法依赖于摄像机固定静止摆放，它们面临的挑战是找到一个具有适当视线的地点来部署摄像机，尤其是在监测关键的民用基础设施，例如桥梁。目前我国桥梁数量巨大，上述视觉方法对桥梁进行检测和评估无法满足需要。

无人机系统可以克服上述摄像机位置部署的局限性。通过无人机承载高清摄像机，能够在高空任意点悬停在民用基础设施附近监测并且具备无线通信能力，达到图像实时传输。但是由于无人机平台重量较轻，容易受到风和其它大气扰动的影响，产生不稳定姿态和位移变化，运动导致相机在成像时刻无法保持绝对水平，采集的图像发生相应的变形，不能直接表示物体的真实位置，将无人机系统运用在桥梁结构位移测量上，虽克服了固定摄像机仪器架设困难的缺陷，但精确度仍较低。

发明内容

本发明为解决现有的桥梁结构位移测量方法存在难以找到具有适当视线的部署位置、部署复杂、测量准确度低等问题，提供了一种基于无人机系统的桥梁结构位移测量方法。

为实现以上发明目的，而采用的技术手段是：

一种基于无人机系统的桥梁结构位移测量方法，所述无人机系统装配有摄像机，包括以下步骤：

S1.使无人机定点悬停在待测量的桥梁结构表面，进行桥梁振动过程的图像采集；

S2.对步骤S1采集得到的图像逐帧通过数字图像相关技术进行追踪分析，提取得到桥梁结构的位移；

S3.对步骤S1采集得到的图像通过张正友标定法进行标定，求解得到无人机的运动位移；

S4.将所述桥梁结构的位移与所述无人机的运动位移作差，得到校正后的桥梁结构的真实位移。

上述方案中，利用无人机任意点高空悬停观测和图像实时传输的优点，采用无人机对桥梁结构近距离图像采集，结合数字图像相关技术获取结构的位移信息；并利用张正友标定法分析剔除无人机运动带来的误差位移，得到桥梁结构位移的准确测量结果。

优选的，所述步骤S1中使无人机定点悬停在待测量的桥梁结构表面时，保持待测量的桥梁结构表面与无人机摄像机的镜头光心垂直。

优选的，所述步骤S2提取得到桥梁结构的位移包括桥梁结构的真实位移以及无人机的运动位移。

优选的，所述步骤S2的具体步骤为：

桥梁结构的位移即桥梁结构变形前图像与桥梁结构变形后图像的位移，在所述变形前图像中取以待求点P(x,y)为中心的参考子区，在变形后图像中，以与所述参考子区同样大小的子区图像，计算位移为(Δx,Δy)时的变形前后子区的灰度相关系数：