基于双目视觉测量系统的输电塔构件形变及内力监测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于双目视觉测量系统的输电塔构件形变及内力监测方法，双目视觉测量系统包括测量靶标、高速摄像机、传输导线、图像处理计算机、风速风向测量装置。通过双目视觉测量系统实现对输电塔不同高度处构件在风荷载作用下动位移和变形的监测，在此基础上依据材料特性参数计算构件内力，判断构件失稳的临界状态。能够为输电塔的风致倒塌的研究提供依据。该系统有良好的操作性及稳定性，并具有高采样率、高精度、非接触及实时性等优点。

Deformation and internal force monitoring method of transmission tower components based on binocular vision measurement system

The invention discloses a binocular vision measurement system of transmission tower component deformation and internal force monitoring method based on binocular vision measurement system including the measurement target, high speed camera, transmission line, image processing, computer wind measurement device. The binocular vision measurement system of the transmission tower at different height component in displacement and deformation monitoring of dynamic wind loads, on the basis of material parameters calculation of internal force, determine the component instable critical state. It can provide the basis for the study of wind induced collapse of transmission towers. The system has good operability and stability, and has the advantages of high sampling rate, high accuracy, non-contact and real-time.

【技术实现步骤摘要】
基于双目视觉测量系统的输电塔构件形变及内力监测方法
本专利技术属于结构健康监测
，具体涉及一种基于双目视觉测量系统的输电塔构件形变及内力监测方法。
技术介绍
近年来，输电塔在强风作用下倒塌的事故时有发生，给人民的生命和财产造成了极大的威胁。输电塔往往是格构式钢结构，沿塔身经常设置横隔板等构造，风荷载作用下实际上沿塔身构件受力变形大不相同，由于研究人员很难对输电塔构件的受力情况进行分析，也就无法提出有效的构件加固方式解决输电塔倒塌的问题。由于输电塔所处现场环境的局限，运用传统的传感器如加速度传感器、位移传感器、激光传感器或者全球定位系统等，已经满足不了对输电塔构件动态位移监测的要求，因而也无法计算出输电塔构件准确的受力情况。为了更准确、方便地获得输电塔构件的受力情况，急需另外一种高效的、实时的输电塔构件形变及内力监测方法。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种采用机器双目视觉技术的、高效的、准确的输电塔构件形变及内力监测方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于双目视觉测量系统的输电塔构件形变及内力监测方法，其特征在于：所述双目视觉测量系统包括测量靶标a、测量靶标b、图像采集装置、传输导线、图像处理计算机、风速风向测量装置；所述测量靶标a、测量靶标b均设置在输电塔构件A的两端；所述图像采集装置包括若干设置在无形变的输电塔下的高速摄像机，用于获取测量靶标a、测量靶标b的三维坐标；所述图像采集装置与图像处理计算机通过传输导线连接，所述图像处理计算机读取所述图像采集装置拍摄得到的帧系列照片中测量靶标a、测量靶标b的三维坐标，计算无形变的输电塔在不同风速和风向下的振动模态，并根据连续拍摄的照片中相邻靶标距离的变化计算出结构的内力。所述方法包括以下步骤：步骤1：利用风速风向测量装置测量并记录输电塔所处环境的风速和风向信息；步骤2：利用高速摄像机在输电塔下方拍摄一系列的时间序列照片，并将照片通过传输导线输送到图像处理计算机中；步骤3：图像处理计算机读取照片中测量靶标a和测量靶标b的三维坐标；通过相邻帧图像中测量靶标a和测量靶标b三维坐标的变化，计算出输电塔构件A在相同时间间隔内的动位移差，即输电塔构件A在相应风荷载作用下的伸长或压缩值，据此根据输电塔构件A的材料系数计算得到该构件的受力大小；由此，依据试验建立测量输电塔构件A在风荷载作用下的实时动态特性；步骤4：调整测量靶标a和测量靶标b在输电塔塔身的设置高度，重复步骤1～3，就能实现对输电塔塔身不同高度处构件动位移、变形和内力的监测。本专利技术的优点：1、该测量方法操作简单，并具有高采样率、高精度、非接触及实时性等优点，能够实现对沿输电塔不同高度处构件在不同风速和风向情况下的变形和内力进行有效监测；2、图像处理技术通过相邻帧图像中两相邻靶标三维坐标的变化，计算出构件在相同时间间隔内的动位移差，实质上就是构件在相应风荷载作用下的伸长或压缩值，据此可以根据构件的材料系数计算得到该构件的受力大小；由此，依据试验建立测量构件在风荷载作用下的实时动态特性。3、通过大量数据的分析，能够对输电塔风致倒塌构件失稳破坏形态进行预估并提出有效的加固措施；4、与传统的结构内力测量方法相比，该方法的仪器回收率高，人力要求低，经济性好。附图说明图1为专利技术实施例的双目视觉测量系统系统示意图；图中，1为无形变时刻的输电塔、2为测量靶标a、3为输电塔构件A、4为测量靶标b、5为发生形变时刻的输电塔、6为高速摄像机。具体实施方法为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请见图1，本提供的一种基于双目视觉测量系统的输电塔构件形变及内力监测方法，双目视觉测量系统包括测量靶标a2、测量靶标b4、图像采集装置、传输导线、图像处理计算机、风速风向测量装置；测量靶标a2、测量靶标b4均设置在输电塔构件A3的两端；图像采集装置包括若干设置在无形变的输电塔1下的高速摄像机，用于获取测量靶标a2、测量靶标b4的三维坐标；图像采集装置与图像处理计算机通过传输导线连接，图像处理计算机读取图像采集装置拍摄得到的帧系列照片中测量靶标a2、测量靶标b4的三维坐标，计算无形变的输电塔1在不同风速和风向下的振动模态，并根据连续拍摄的照片中相邻靶标距离的变化计算出结构的内力。本实施例的高速摄像机6的帧数为1000～1500帧/s，至少设置2台；传输导线为USB数据线，风速风向测量装置为PHWE测风仪。本专利技术提供了一种基于双目视觉测量系统的输电塔构件变形及内力监测方法(现以构件A为例)，包括以下步骤：步骤1：利用风速风向测量装置测量并记录输电塔所处环境的风速和风向信息；步骤2：在需要测量的输电塔构件A的两端分别粘贴一个测量靶标，记为测量靶标a和测量靶标b；步骤3：利用至少两台高速摄像机在输电塔下方拍摄一系列的时间序列照片，并将照片通过传输导线输送到图像处理计算机中；步骤4：图像处理计算机利用图像处理技术准确读取输电塔无形变时照片中输电塔构件A两端测量靶标a的三维坐标(xa0,ya0,za0)和测量靶标b的三维坐标(xb0,yb0,zb0)以及tn时刻照片中输电塔构件两端测量靶标a的三维坐标(xan,yan,zan)和测量靶标b的三维坐标(xbn,ybn,zbn)；步骤5：利用数学公式计算输电塔无形变时输电塔构件A的长度s0以及tn时刻输电塔构件A的长度sn，即：步骤6：根据输电塔构件A长度的变化计算输电塔构件的线应变ε，即：其中，ε是输电塔构件A的应变；σ是输电塔构件A的应力；Sn是tn时刻输电塔构件A的长度；S0是输电塔无形变时输电塔构件A的长度；步骤7：根据胡克定律得到输电塔构件的应力σ，即:σ＝E·ε其中，E为输电塔构件A材料的弹性模量。步骤8：调整测量靶标a和测量靶标b在输电塔塔身的设置高度，重复步骤1～7，就能实现对输电塔塔身不同高度处构件动位移、变形和内力的监测。调整测量靶标a和测量靶标b在输电塔塔身的设置高度，重复步骤1～7，就能实现对输电塔塔身不同高度处构件动位移、变形和内力的监测。应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本专利技术专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本专利技术的启示下，在不脱离本专利技术权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本专利技术的保护范围之内，本专利技术的请求保护范围应以所附权利要求为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双目视觉测量系统的输电塔构件形变及内力监测方法，其特征在于：所述双目视觉测量系统包括测量靶标a(2)、测量靶标b(4)、图像采集装置、传输导线、图像处理计算机、风速风向测量装置；所述测量靶标a(2)、测量靶标b(4)均设置在输电塔构件A(3)的两端；所述图像采集装置包括若干设置在无形变的输电塔(1)下的高速摄像机(6)，用于获取测量靶标a(2)、测量靶标b(4)的三维坐标；所述图像采集装置与图像处理计算机通过传输导线连接，所述图像处理计算机读取所述图像采集装置拍摄得到的帧系列照片中测量靶标a(2)、测量靶标b(4)的三维坐标，计算无形变的输电塔(1)在不同风速和风向下的振动模态，并根据连续拍摄的照片中相邻靶标距离的变化计算出结构的内力。

【技术特征摘要】
1.一种基于双目视觉测量系统的输电塔构件形变及内力监测方法，其特征在于：所述双目视觉测量系统包括测量靶标a(2)、测量靶标b(4)、图像采集装置、传输导线、图像处理计算机、风速风向测量装置；所述测量靶标a(2)、测量靶标b(4)均设置在输电塔构件A(3)的两端；所述图像采集装置包括若干设置在无形变的输电塔(1)下的高速摄像机(6)，用于获取测量靶标a(2)、测量靶标b(4)的三维坐标；所述图像采集装置与图像处理计算机通过传输导线连接，所述图像处理计算机读取所述图像采集装置拍摄得到的帧系列照片中测量靶标a(2)、测量靶标b(4)的三维坐标，计算无形变的输电塔(1)在不同风速和风向下的振动模态，并根据连续拍摄的照片中相邻靶标距离的变化计算出结构的内力。2.根据权利要求1所述的基于双目视觉测量系统的输电塔构件形变及内力监测方法，其特征在于：所述高速摄像机的帧数为1000～1500帧/s，至少设置2台。3.根据权利要求1所述的基于双目视觉测量系统的输电塔构件形变及内力监测方法，其特征在于：所述传输导线为USB数据线。4.根据权利要求1所述的基于双目视觉测量系统的输电塔构件形变及内力监测方法，其特征在于：所述风速风向测量装置为PHWE测风仪。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王若林，钮涛平，桑农，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42