[发明专利]桥梁振型的测量方法、装置及系统

说明书

本发明涉及桥梁振型的测量方法、装置及系统，该系统包括视频采集装置、激光雷达和图像数据处理装置，其中，所述激光雷达用于向桥梁的虚拟测点发射单线激光，所述视频采集装置用于分别在发射单线激光前后采集目标区域的视频图像，所述图像数据处理装置用于根据采集到的视频图像测算出桥梁的振型。本发明实施例通过视频与单线激光结合，获取到目标区域图像中的虚拟测点，对虚拟测点发射单线激光，以获取虚拟测点位移向量，进一步的获得桥梁的静平衡曲线，通过虚拟测点空间位置的变化来获得桥梁的原始振型，以及结合手机拍摄帧率得到虚拟测点的振动响应，从而对桥梁的振动有一个定量的描述。

技术领域

本发明属于测量技术领域，尤其涉及一种桥梁振型的测量方法、装置及系统。

背景技术

桥梁结构振动信息的测量是桥梁结构健康监测必不可少的内容。结构的振动信息反映了桥梁的整体安全性能，是桥梁结构损伤识别和安全状态评估的重要数据来源。结构的振动信息包含有自振频率、振型、阻尼系数等关键参数。目前已有较为成熟的自振频率和阻尼系数的测量方法，但自振频率和阻尼系数对于结构损伤识别和安全状态评估的效果不好。

桥梁结构振型的测量方法可分为接触类测量方法和非接触类测量方法两类。接触类测量方法主要采用加速度计、倾角计、位移计、GPS和差压变送器等类型的传感器进行测量。接触类测量方法具有测量数据精度相对较高的优点。但这种有方法有以下不足之处：(1)测点数量极为有限，无法得到高阶振型。(2)需要外接电源和数据采集传输设备。(3)传感器及其采集仪的设备成本高昂，且安装难度较大。(4)各测点数据的同步性不高。

非接触类测量方法主要有基于机器视觉的方法。现有的基于机器视觉的测量方法为了得到预设测点的振动时程曲线，就必须获取高清的视频图像，此时就必须采用工业高速相机。但这种相机成本很高，且对操作人员也有一定的要求，且图像数据的处理需要较高配置的计算机配合才能完成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种桥梁振型的测量方法、装置及系统，基于机器视觉和激光雷达配合使用，提高目前非接触类测量方法的测量精度的同时降低成本。

一方面，本发明提供了一种桥梁振型的测量系统，包括视频采集装置、激光雷达和图像数据处理装置，其中，所述激光雷达用于向桥梁的虚拟测点发射单线激光，所述视频采集装置用于分别在发射单线激光前后采集目标区域的视频图像，所述图像数据处理装置用于根据采集到的视频图像测算出桥梁的振型。

另一方面，本发明提供了一种桥梁振型的测量方法，基于本发明实施例所述的桥梁振型的测量系统而实现，所述的测量方法包括以下步骤：

通过视频采集装置获取目标区域的视频图像，提取图像中的虚拟测点的像素坐标，利用激光雷达对虚拟测点发射单线激光，再次采集目标区域的视频图像，并提取单线激光在图像中与虚拟测点像素坐标所对应的激光点像素坐标；

根据虚拟测点像素坐标及激光点像素坐标，得到激光点到虚拟测点的方向向量，并根据方向向量调整激光雷达的姿态，直到虚拟测点像素坐标与激光点像素坐标重合；

测量虚拟测点到激光雷达的空间距离，并结合虚拟测点像素坐标，进行空间坐标转换，得到虚拟测点对应视频采集装置的空间坐标，基于不同时间帧的视频图像，测量得到每个虚拟测点的静平衡位置，并基于所有静平衡位置绘制得到静平衡曲线；

选取虚拟测点处的视频图像进行处理，提取虚拟测点的原始位移响应值；

根据原始位移响应值和静平衡曲线确定出桥梁振型。

再一方面，本发明提供了一种桥梁振型的测量装置，包括：

图像采集单元，用于通过视频采集装置分别获取在发射单线激光前后目标区域的视频图像；

像素坐标提取单元，用于提取图像中的虚拟测点的像素坐标，以及提取单线激光在图像中与虚拟测点像素坐标所对应的激光点像素坐标；