一种高坝大库水电站泄洪闸门动态监测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高坝大库水电站泄洪闸门动态监测方法，首先在闸门待测处设置摄影三坐标测量系统；获取闸门待测处的闸门监测图像；其次通过三角测量原理计算闸门监测图像特征标志点的位置坐标；然后计算各监测图像特征标志点对应坐标的位置偏差和变形位移量；最后判断变形位移量是否超过规定要求。本发明专利技术采用三维摄影测量系统来检测水电站闸门变形状况，避免了水工金属结构闸门原型观测的变形测量受现场条件的限制和测量精度的制约，三维摄影测量系统是基于三维可视成像技术来检测水电站闸门变形检测；该方法适用于水电站泄洪洞弧形工作闸门变形测量，具有使用操作简单、数据采集便捷、测量成果显示直观等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种高坝大库水电站泄洪闸门动态监测方法及系统
本专利技术涉及水电站监测领域，尤其涉及一种高坝大库水电站泄洪闸门动态监测方法，该方法是通过三维可视成像系统来检测水电站闸门变形。
技术介绍
水电站中设置有泄洪建筑物场，但是由于泄洪建筑物场地狭窄，水头高、泄洪落差大，泄洪流量大，且调度运行复杂多样，电站泄水建筑物由坝身多个开敞式泄洪表孔、多个泄洪中孔、多个放空底孔、左岸多条泄洪洞、坝后水垫塘及二道坝等部分共同组成联合泄洪消能系统；因此，高速水力学、高水头大流量泄洪消能、泄洪雾化、泄洪闸门振动及应力变化等问题是小湾水电站安全运行的关键技术问题之一。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题是提供一种金属结构闸门原型观测的变形测量，解决了传统测量中受现场条件的限制和测量精度的制约现场测量很困难的现象发生。本专利技术的目的之一是提出一种高坝大库水电站泄洪闸门动态监测方法；本专利技术的目的之二是提出一种高坝大库水电站泄洪闸门动态监测方法系统。(二)技术方案本专利技术的目的之一是通过以下技术方案来实现的：本专利技术提供的一种高坝大库水电站泄洪闸门动态监测方法，包括以下步骤：S1：在闸门待测处设置摄影三坐标测量系统；S2：通过摄影三坐标测量系统获取闸门待测处的闸门监测图像；S3：通过三角测量原理计算闸门监测图像特征标志点的位置坐标；S4：计算各监测图像特征标志点对应坐标的位置偏差；S5：计算闸门图像中特征标志点对应坐标的变形位移量。S6：判断变形位移量是否大于预设阈值，如果是，则发出预警信号；如果否，则返回步骤S2重复循环监测。进一步，所述步骤S1中闸门待测处设置摄影三坐标测量系统，通过预先对弧形闸门进行有限元CFD应力分析结合相关标准和工程实践经验，找出结构的危险断面及危险位置作为待测处；在待测处设置目标测点、驱动及定向测点和编码标志点。进一步，所述步骤S2中通过摄影三坐标测量系统获取闸门待测处的闸门监测图像，通过单台三维可视成像相机从多个位置拍摄同一工件的定位工棒、目标测点、驱动及定向测点和编码标志点，以获取在不同视角下不同工况下闸门的监测的图像。进一步，所述步骤S3中通过三角测量原理计算闸门监测图像特征标志点的位置坐标，确定定位工棒坐标系，并通过三角测量原理计算图像像素间的位置偏差来获取被测点的三维坐标。进一步，所述步骤S4中计算各监测图像特征标志点对应坐标的位置偏差，是通过以下步骤来获取的：将定位工棒坐标系作为辅助控制坐标系，定位工棒上的标志点作为辅助控制点，列出共线方程，从而解算出图像片在定位工棒坐标系中的特征标志点对应的坐标位置(Xs，Ys，Zs，φ，ω，κ)；定位工棒上三个标志点共可列出共线方程：上式中：i＝1，2，3；S表示测量坐标系原点；φ表示图像片绕定位工棒坐标系O′-X′Y′Z′中X′轴旋转角度；ω表示图像片绕定位工棒坐标系O′-X′Y′Z′中X′轴旋转角度；κ表示图像片绕定位工棒坐标系O′-X′Y′Z′中X′轴旋转角度；X′i、Y′i、Z′i(i＝1，2，3)表示图像片中测点在定位工棒坐标系中的坐标值；XS为图像片的外方位元素的平移量的x轴元素；YS为图像片的外方位元素的平移量的y轴元素；ZS为图像片的外方位元素的平移量的z轴元素；ai，bi，ci，(i＝1，2，3)是方向余弦，即两坐标轴间夹角的余弦值；x0为图像片的内方位预先标定元素；z0为图像片的内方位预先标定元素；f为图像片的内方位预先标定元素；根据控制点坐标和内方位元素值为已知的情况，将公式(1)中的误差方程转化为以下形式：V＝CΔ+L(2)其中：V＝[vxivzi]T(3)Δ＝[ΔXSΔYSΔZSΔφΔωΔκ]T(5)L＝[x0i-xiz0i-zi]T(6)其中，x0i，z0i是xi，zi的近似值；xi表示图像片的原始观测值；zi表示图像片的原始观测值；x0i表示是xi的近似值，取值与像片摄影比例尺相关；z0i表示是xi的近似值，取值与像片摄影比例尺相关；ΔXS表示为图像片的外方位元素的平移量的x轴元素的改正数；ΔYS表示为图像片的外方位元素的平移量的y轴元素的改正数；ΔZS表示为图像片的外方位元素的平移量的z轴元素的改正数；表示表示图像片绕定位工棒坐标系O′-X′Y′Z′中X′轴旋转角度的改正数；Δω表示表示图像片绕定位工棒坐标系O′-X′Y′Z′中Y′轴旋转角度的改正数；Δκ表示表示图像片绕定位工棒坐标系O′-X′Y′Z′中Z′轴旋转角度的改正数。进一步，所述步骤S5计算闸门图像中特征标志点对应坐标的变形位移量，是通过以下步骤来获取的：确定定位工棒坐标(Xs，Ys，Zs，φ，ω，κ)；确定定位工棒坐标系与测量坐标系的关系；其中，定位工棒测头点P在定位工棒坐标系中的坐标为(X′，Y′，Z′)，设其在测量坐标系中的坐标为(X，Y，Z)，则有：根据定位工棒坐标系与测量坐标系的关系解算得到待测点坐标。进一步，判断变形位移量是否大于预设阈值，如果是，则发出预警信号；如果否，则返回步骤S2重复循环监测；所述阈值是通过对各个监测的目标测点变形位移量设置。本专利技术的目的之二是通过以下技术方案来实现的：本专利技术提供的高坝大库水电站泄洪闸门动态监测系统，包括三维可视成像相机、处理器、一套基准尺、一根定位工棒和一组回光标志；所述三维可视成像相机设置于闸门待测处，并设置摄影三坐标测量系统；通过摄影三坐标测量系统获取闸门待测处的闸门监测图像；所述三维可视成像相机将采集到的闸门监测图像输入到处理器中；所述处理器包括标志点的位置坐标计算模块、位置偏差计算模块和变形位移量计算模块；所述一套基准尺是用于将尺度信息给予摄影测量系统；所述一根定位工棒是用于建立摄影测量系统辅助坐标系；所述一组回光标志是用于粘贴在被测物体表面上，在三维可视成像相机的照射下反射出亮度较白色漫射标志高出数百倍亮度的一种人工标志；所述标志点的位置坐标计算模块，用于通过三角测量原理计算闸门监测图像特征标志点的位置坐标；所述位置偏差计算模块，用于计算各监测图像特征标志点对应坐标的位置偏差；所述变形位移量计算模块，用于计算闸门图像中特征标志点对应坐标的变形位移量。进一步，所述位置偏差计算模块是通过以下步骤来计算各监测图像特征标志点对应坐标的位置偏差；将定位工棒坐标系作为辅助控制坐标系，定位工棒上的标志点作为辅助控制点，列出共线方程，从而解算出图像片在定位工棒坐标系中的特征标志点对应的坐标位置(Xs，Ys，Zs，φ，ω，κ)；定位工棒上三个标志点共可列出共线方程：上式中：i＝1，2，3；S表示测量坐标系原点；φ表示图像片绕定位工棒坐标系O′-X′Y′Z′中X′轴旋转角度；ω表示图像片绕定位工棒坐标系O′-X′Y′Z′中X′轴旋转角度；κ表示图像片绕定位工棒坐标系O′-X′Y′Z′中X′轴旋转角度；X′i、Y′i、Z′i(i＝1，2，3)表示图像片中测点在定位工棒坐标系中的坐标值；XS为图像片的外方位元素的平移量的x轴元素；YS为图像片的外方位元素的平移量的y轴元素；ZS为图像片的外方位元素的平移量的z轴元素；ai，bi，ci，(i＝1，2，3)是方向余弦，即两坐标轴间夹角的余弦值；x0为图像片的内方位预先标定元素；z0为图像片的内方位预先标定元素；f为图像片的内方位预先标定元素；根据控制点坐标和内方位元素值为已知的情况本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高坝大库水电站泄洪闸门动态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在闸门待测处设置摄影三坐标测量系统；S2：通过摄影三坐标测量系统获取闸门待测处的闸门监测图像；S3：通过三角测量原理计算闸门监测图像特征标志点的位置坐标；S4：计算各监测图像特征标志点对应坐标的位置偏差；S5：计算闸门图像中特征标志点对应坐标的变形位移量。S6：判断变形位移量是否大于预设阈值，如果是，则发出预警信号；如果否，则返回步骤S2重复循环监测。

【技术特征摘要】
1.一种高坝大库水电站泄洪闸门动态监测系统，其特征在于，包括三维可视成像相机、处理器、一套基准尺、一根定位工棒和一组回光标志；所述三维可视成像相机设置于闸门待测处，并设置摄影三坐标测量系统；通过摄影三坐标测量系统获取闸门待测处的闸门监测图像；所述三维可视成像相机将采集到的闸门监测图像输入到处理器中；所述处理器包括标志点的位置坐标计算模块、位置偏差计算模块和变形位移量计算模块；所述一套基准尺是用于将尺度信息给予摄影测量系统；所述一根定位工棒是用于建立摄影测量系统辅助坐标系；所述一组回光标志是用于粘贴在被测物体表面上，在三维可视成像相机的照射下反射出亮度较白色漫射标志高出数百倍亮度的一种人工标志；所述标志点的位置坐标计算模块，用于通过三角测量原理计算闸门监测图像特征标志点的位置坐标；所述位置偏差计算模块，用于计算各监测图像特征标志点对应坐标的位置偏差；所述变形位移量计算模块，用于计算闸门图像中特征标志点对应坐标的变形位移量；目标测点设置有70个，其中面板上布置16个，上主横梁上布置8个，下主横梁上布置8个，中纵梁上布置8个，上支臂布置18个，下支臂12个，上主横梁上部面板部位目标测点，沿孔口宽度方向均匀布置在同一高度位置；上主横梁与下主横梁之间面板部位目标测点，沿孔口宽度方向均匀布置在同一高度位置；中主纵梁部位目标测点，从上主横梁以上部位向下均匀布置；上主横梁部位目标测点，从左至右均匀布置；下主横梁部位目标测点，从左至右均匀布置；所述位置偏差计算模块是通过以下步骤来计算各监测图像特征标志点对应坐标的位置偏差；将定位工棒坐标系作为辅助控制坐标系，定位工棒上的标志点作为辅助控制点，列出共线方程，从而解算出图像片在定位工棒坐标系中的特征标志点对应的坐标位置(Xs，Ys，Zs，φ，ω，κ)；定位工棒上三个标志点共可列出共线方程：上式中：i＝1，2，3；S表示测量坐标系原点；φ表示图像片绕定位工棒坐标系O′-X′Y′Z′中X′轴旋转角度；ω表示图像片绕定位...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘启文，邱小弟，胡木生，耿红磊，曹一凡，龚登位，郑智燊，张晓东，权纬太，
申请(专利权)人：华能澜沧江水电股份有限公司小湾水电厂，
类型：发明
国别省市：云南;53