[发明专利]一种基于多传感器数据融合的桥梁位移高精度测量方法

说明书

本发明公开了一种基于多传感器数据融合的桥梁位移高精度测量方法，包括如下步骤：在桥梁结构变形控制点处布设n个加速度传感器；架设摄像机并对准待测位移点进行监测视频拍摄；将经过图像处理后得到n个待测点静态位移时程曲线进行卡尔曼滤波后插值拟合，得到主梁静态挠曲线；通过加速度传感器获得待测点的加速度时程曲线，由加速度时程曲线两次时间积分、滤波后得到的n个待测点动态位移时程曲线进行卡尔曼滤波后插值拟合，得到主梁动态挠曲线；主梁静态挠曲线与动态挠曲线标量叠加，得到桥梁的主梁挠曲线。本发明可以满足桥梁全天候环境下的位移测量需求，能准确测得桥梁结构在施工或运营过程中的实时位移状态。

技术领域

本发明涉及一种桥梁位移测量方法，尤其涉及一种基于多传感器数据融合的桥梁位移高精度测量方法。

背景技术

随着我国交通运输事业的发展，越来越多的公路、铁路桥梁架设于江河湖泊之上。在不断追求桥梁新颖结构形式和经济性的过程中，保障桥梁在设计使用年限内的安全性正在经受着较大的挑战。施工期和运营期内的结构健康监测系统的建立已经成为桥梁必备的安全手段之一。目前在结构健康监测中，桥梁结构受力形态是判断桥梁结构性能和安全重要评价指标，而主梁的挠曲线能够直观反映桥梁结构受力形态，因此对于桥梁主梁挠曲线的实时精准监测关系到能否及时准确地判断出结构变形异常和安全隐患。同时，桥梁主梁挠曲线的监测也是基于位移监测的基础上，通过科学的计算求解而得出的，故而对于目前位移监测方法的对比研究具有重要意义。

目前，用于结构位移测量的主要方法包括全站仪、GPS测量方法、激光干涉仪、位移传感器等，这些测量方法都在各自某些方法对于位移测量具有一定的优势，但也存在着一些缺点。全站仪一般需要人工读数，且自动全站仪虽然能追踪测量，但其测量结果易受到环境影响；GPS测量方法对于桥梁结构位移测量误差较小，但价格昂贵；激光干涉仪虽测量精度较高，但当桥梁振动较大时影响捕捉光点，同时无法做到长期不间断测量。位移传感器一般用于可接触点的位移测量，固定支架经常难以安装。因此，为了克服以上测量方法的缺点，可考虑采取摄影技术并对摄影视频进行图像识别处理，间接得到位移。

因此，亟需解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种基于多传感器数据融合的桥梁位移高精度测量方法，该测量方法可满足桥梁结构待测点全天候环境下的位移测量需求，能准确测得桥梁结构在施工或运营过程中的实时位移状态；同时测量位移无需安装固定支架，成本相对较低，精度相对较高，满足工程需求，适用于施工或运营阶段中各类桥梁位移或变形的实时监测。

技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种基于多传感器数据融合的桥梁位移高精度测量方法，包括如下步骤：

(1)、根据需要在桥梁结构变形控制点处，布设n个加速度传感器；在距离桥梁一定距离且固定不动的基准点处，架设摄像机并对准待测位移点进行监测视频拍摄，加速度传感器的监测数据及摄像机的监测视频通过无线传输实时传送至监控室的PC机；

(2)、将经过图像处理后得到n个待测点静态位移时程曲线进行卡尔曼滤波后插值拟合，得到主梁静态挠曲线；

(3)、通过加速度传感器获得待测点的加速度时程曲线，由加速度时程曲线两次时间积分、滤波后得到的n个待测点动态位移时程曲线进行卡尔曼滤波后插值拟合，得到主梁动态挠曲线；

(4)、主梁静态挠曲线与动态挠曲线标量叠加，得到桥梁的主梁挠曲线。

其中，所述步骤(2)中主梁静态挠曲线的生成方法为：

(2.1)、建立桥梁局部坐标系和相机坐标系，n个加速度传感器中心作为待测位移点，并恢复桥梁初始位置的坐标；

(2.2)、将摄像机拍摄的视频抽帧，并由RGB图像转化为灰度图像；

其中，RGB图像为真彩图像，R、G、B分别代表红、绿、蓝3种不同的基础颜色；