本发明专利技术公开了一种基于机器视觉的桥梁主梁线形实时测量方法，将多组相机测站与测点标靶进行组网形成桥梁主梁线形测量的串联链路，首先根据现场建造条件在塔墩处设计相机测站观测的基准点，然后由相机测站分别向前和向后观测测点标靶的水平和高程方向位移，相机测站之间对多个测点标靶形成共享视域，从而构建全桥线形测量方程组，通过实时解算相机测站姿态和测点标靶位移，实现主梁线形实时测量，以基准点为数据基础，随主梁施工新增相机测站和测点标靶，最后直至覆盖全桥，实现全桥主梁线形多点同步、实时动态、精密测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及桥梁工程监测。更具体地说，本专利技术涉及一种基于机器视觉的桥梁主梁线形实时测量方法。
技术介绍
1、主梁线形是衡量桥梁承载能力和健康状态的重要指标之一，桥梁线形受荷载及温度影响变化大，具有尺度大、测点多、精度要求高等特点，而主梁施工过程需进行大量线形测量工作。传统线形测量方法常采用全站仪或水准仪，设备布置在稳定的测量平台，并对测点逐个进行测量，测量效率低且无法实现全桥多点同步测量。现有无接触式测量技术，主要包括三维激光扫描、摄影测量等，其中点云扫描技术受限于数据采集和算法解算效率，目前无法实现实时测量；高精度摄影测量技术为了确保测量精度，测量距离一般不超过200m，且设备需固定于稳定基准平台上，无法适用于施工过程无稳定平台条件下大跨度桥梁的线形测量。
技术实现思路
1、本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
2、本专利技术还有一个目的是提供一种基于机器视觉的桥梁主梁线形实时测量方法，以解决现有技术不能对施工过程中的主梁线形进行高精度实时测量的技术问题。
3、为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种基于机器视觉的桥梁主梁线形实时测量方法，包括如下步骤：
4、s1、现场踏勘，设计基准点、相机测站和测点标靶的安装位置，基准点选择可视范围内主塔、主墩、承台、相邻墩结构作为基准区域，基准区域的数量≥1，相机测站沿主梁施工方向间隔固定在已施工主梁上，在相邻相机测站之间设置测点标靶的布置区域；
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p>5、s2、在步骤s1选定的基准区域安装基准点；6、s3、在步骤s1选定位置固定安装相机测站，每个相机测站均能对顺桥向相邻前后两侧布置区域进行观测，相邻相机测站之间对共同观测的布置区域共享视域，其中，部分相机测站还能同时观测基准点而作为主相机组，其余相机测站作为从相机组；
7、s4、在步骤s1选定的布置区域安装测点标靶，调整相机测站的观测角度和测点标靶的位置，使得相邻两侧的相机测站均能够观测到共享视域内的所有测点标靶；
8、s5、由全站仪测量相机测站、基准点的绝对坐标作为初始值，利用已设置的相机测站观测测点标靶的相对空间位移，同时利用主相机组观测基准点；
9、s6、根据s5的观测数据，计算所有相机测站、测点标靶的相对空间位移，基于初始值，得到主梁绝对线形；
10、s7、随主梁施工新增测点标靶或者相机测站，重复步骤s5，将新增的观测数据融入步骤s6中已有的计算体系中，实时获取全桥主梁线形变化状态。
11、优选的是，在步骤s1中，还包括预先设置全站仪的观测点位，每个所述测点标靶的安装位置靠近观测点位设置。
12、优选的是，在步骤s2中，所述基准点的样式包括圆形标靶、二维标志板、三维标志块；
13、在将圆形标靶作为基准点时，圆形标靶的安装数量≥2个，且不设置在所述主相机组至基准点的观测方向的同一条视线上；
14、在将二维标志板或三维标志块作为基准点时，观测前需对标志板或标志块进行标定。
15、优选的是，在步骤s4中，每个布置区域内的所有所述测点标靶分散布置。
16、优选的是，所述主相机组包括三组相互固定连接的相机，其中两组相机相背设置，分别用于观测顺桥向对应侧的布置区域内的所有所述测点标靶，另一组相机用于沿横桥向观测一处所述基准点，所述从相机组包括两组相互固定连接且相背设置的相机，分别用于观测顺桥向对应侧的布置区域内的所有所述测点标靶。
17、优选的是，在步骤s1中，针对主梁线形在横桥向及高程方向的变化，沿顺桥向布置一套所述基准点、所述相机测站、所述测点标靶进行观测，针对主梁线形在横桥向、高程方向、绕顺桥向扭转的变化，则在主梁的顺桥向左右两侧对称布置两套所述基准点、所述相机测站、所述测点标靶进行观测。
18、优选的是，步骤s5具体包括如下步骤：
19、步骤s50、建立观测空间坐标系，其中x轴方向为横桥向，y轴方向为高程方向，z轴方向为顺桥向，观测共享视域的所述相机设置六个自由度方向，分别为对应x轴方向的水平位移、对应y轴方向的垂直位移、对应z轴方向的距离位移、对应绕x轴旋转角度的俯仰角、对应绕y轴旋转角度的偏航角和对应绕z轴旋转角度的横滚角，并等同对应观测所述基准点的所述相机的距离位移、垂直位移、水平位移、横滚角、偏航角、俯仰角；
20、步骤s51、记相邻所述相机测站之间的所述测点标靶数量为j，j≥2，定义所述测点标靶的初始坐标，记为表示测点标靶mj在相机ci图像中的初始像素坐标为(x0,y0)；
21、步骤s52、测量所述相机测站至所述测点标靶的距离，记为表示相机ci至测点标靶mj的距离；
22、步骤s53、在每个所述测点标靶位置标定放大系数，记为表示测点标靶mj在相机ci图像中的放大系数；
23、步骤s54、对每个布置区域内的所有所述测点标靶编号，记为mij，表示位于相机ci与ci+1之间的第j个所述测点标靶，相邻所述相机测站的相对两个相机按编号识别共享视域中的所述测点标靶；
24、步骤s55、利用所述相机测站识别并实时追踪定位每个所述测点标靶的像素坐标，所有所述测点标靶的定位算法保持一致，在任意t时刻，测点标靶mj在相机ci图像中的像素坐标为
25、优选的是，在步骤s6中对主梁线形位移的计算，具体包括如下步骤：
26、步骤s61、根据步骤s55的定位数据，在t时刻的像素位移
27、步骤s62、所述相机测站和所述测点标靶随主梁运动，在每个运动自由度方向上，分别利用步骤s55中一个共享视域内所述测点标靶的像素位移得到对应两侧所述相机测站的相对位移；
28、步骤s63、沿所述相机测站和所述测点标靶的布置方向向外侧依次递推计算相邻所述相机测站或所述测点标靶的相对位移；
29、步骤s64、由所述基准点计算所述主相机组内三组所述相机在每个自由度方向的位移变化量，结合步骤s63的数据及每个共享视域内排列设置的所述测点标靶的像素位移，得到全桥顺桥向所述测点标靶和所述相机在每个自由度方向的变化量；
30、步骤s65、根据由全站仪获得的初始值，得到实时测量的全桥主梁线形绝对坐标，绘制成图。
31、优选的是，在步骤s6中，所述测点标靶和所述相机在对应自由度方向的位移变化量通过如下方式计算：
32、步骤a1、简化所述相机测站和所述测点标靶的运动模型，针对所述相机测站的运动自由度选择横桥向、高程方向、仰俯角和偏航角，所述测点标靶的运动自由度选择横桥向、高程方向，所述相机测站的高程方向、仰俯角与所述测点标靶的高程方向的位移记为第一组参数，所述相机测站的横桥向、偏航角与所述测点标靶的横桥向位移记为第二组参数；
33、步骤a2、针对第一组参数，相机ci观测到的前j个所述测点标靶和后j个所述测点标靶的像素位移公式组成测量方程组：
34、...
【技术保护点】
1.一种基于机器视觉的桥梁主梁线形实时测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于机器视觉的桥梁主梁线形实时测量方法，其特征在于，在步骤S1中，还包括预先设置全站仪的观测点位，每个所述测点标靶的安装位置靠近观测点位设置。
3.如权利要求1所述的基于机器视觉的桥梁主梁线形实时测量方法，其特征在于，在步骤S2中，所述基准点的样式包括圆形标靶、二维标志板、三维标志块；
4.如权利要求1所述的基于机器视觉的桥梁主梁线形实时测量方法，其特征在于，在步骤S4中，每个布置区域内的所有所述测点标靶分散布置。
5.如权利要求1所述的基于机器视觉的桥梁主梁线形实时测量方法，其特征在于，所述主相机组包括三组相互固定连接的相机，其中两组相机相背设置，分别用于观测顺桥向对应侧的布置区域内的所有所述测点标靶，另一组相机用于沿横桥向观测一处所述基准点，所述从相机组包括两组相互固定连接且相背设置的相机，分别用于观测顺桥向对应侧的布置区域内的所有所述测点标靶。
6.如权利要求5所述的基于机器视觉的桥梁主梁线形实时测量方法，其特征在于，在步骤S1中，针对主梁线形在横桥向及高程方向的变化，沿顺桥向布置一套所述基准点、所述相机测站、所述测点标靶进行观测，针对主梁线形在横桥向、高程方向、绕顺桥向扭转的变化，则在主梁的顺桥向左右两侧对称布置两套所述基准点、所述相机测站、所述测点标靶进行观测。
7.如权利要求5所述的基于机器视觉的桥梁主梁线形实时测量方法，其特征在于，步骤S5具体包括如下步骤：
8.如权利要求7所述的基于机器视觉的桥梁主梁线形实时测量方法，其特征在于，在步骤S6中对主梁线形位移的计算，具体包括如下步骤：
9.如权利要求8所述的基于机器视觉的桥梁主梁线形实时测量方法，其特征在于，在步骤S6中，所述测点标靶和所述相机在对应自由度方向的位移变化量通过如下方式计算：
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【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的桥梁主梁线形实时测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于机器视觉的桥梁主梁线形实时测量方法，其特征在于，在步骤s1中，还包括预先设置全站仪的观测点位，每个所述测点标靶的安装位置靠近观测点位设置。
3.如权利要求1所述的基于机器视觉的桥梁主梁线形实时测量方法，其特征在于，在步骤s2中，所述基准点的样式包括圆形标靶、二维标志板、三维标志块；
4.如权利要求1所述的基于机器视觉的桥梁主梁线形实时测量方法，其特征在于，在步骤s4中，每个布置区域内的所有所述测点标靶分散布置。
5.如权利要求1所述的基于机器视觉的桥梁主梁线形实时测量方法，其特征在于，所述主相机组包括三组相互固定连接的相机，其中两组相机相背设置，分别用于观测顺桥向对应侧的布置区域内的所有所述测点标靶，另一组相机用于沿横桥向观测一处所述基准点，所述从相机组包括两组相互固定连接且相...
【专利技术属性】
技术研发人员：张永涛，田唯，王永威，陈圆，朱浩，李浩，薛现凯，肖垚，李焜耀，游俊，焦岚馨，徐双双，杨华东，汪聪，杨荣正，
申请(专利权)人：中交第二航务工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：
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