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发明授权专利:一种基于无人机的高铁桥梁竖向动扰度测量方法

2020-01-18 16:43 性质:编辑 作者:Lvcoco 来源:无人机网
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无人机网(www.fopcb.com)数据中心援引国家知识产权局的专利数据称,发明授权专利:一种基于无人机的高铁桥梁竖向动扰度测量方法,授权公告日:2019.12.06,授权...

无人机网(www.fopcb.com)数据中心援引国家知识产权局的专利数据称,发明授权专利:一种基于无人机的高铁桥梁竖向动扰度测量方法,授权公告日:2019.12.06,授权公告号:CN109855822B,申请号:2019100316115,专利权人:中山大学; 中南大学

在这份发明专利中,描述了一种基于无人机的高铁桥梁竖向动扰度测量方法,首先确定待测高铁桥梁,在待测高铁桥梁上布置测量点和两个参考点。将具有相同的成像中心和成像分辨率的三台相机安装在无人机上,三台相机分别能拍摄到测量点和两个参考点,利用无人机上的三台相机按照设定时间间隔同步对待测高铁桥梁进行拍摄成像,根据三台相机拍摄得到的图像计算待测高铁桥梁竖向动扰度。采用本发明提供的测量方法,能够不受环境振动影响,可实现灵活易操作的高铁桥梁动扰度高精度测量,且测量过程简单高效。

基于视觉测量技术的高铁桥梁动位移测量需要在待测桥梁的附近架设配备长焦镜头的相机,通过相机对桥梁待测部位成像,记录待测部位不同时刻在图像上的位置,再根据桥梁待测部位在图像上的位置变化计算桥梁待测部位的实际位置变化,从而得到桥梁该部位的动位移。待测部位可以是桥梁上的自然表面,也可以粘贴或固定特殊制作的光学标志。

现有的机器视觉测量方式,需要对架设的相机进行严格的标定,以确定相机视场与待测目标的相对位姿关系,保证得到待测点在竖直方向的位置变化。这样的标定通常是在地面上选择若干绝对坐标已知的控制点,通过控制点对相机的绝对位姿进行标定。

此外,相机成像时对环境要求很高,因为测量过程容易受到环境影响,致使最终测量精度不能满足要求。例如,当相机架设在公路近旁时,过往车辆引起的路面振动会直接影响到相机的姿态稳定,难以达到亚毫米量级的测量精度要求。

因此,研究一种对测量环境条件要求低,甚至能够不受环境振动影响,可实现高铁桥梁动扰度精度测量的方法是非常必要的。

针对现有技术存在的缺陷,该发明提供一种基于无人机的高铁桥梁竖向动扰度测量方法,该方法不受环境振动影响,可实现灵活易操作的高铁桥梁动扰度高精度测量,且测量过程简单高效。

为实现该发明的技术目的,采用以下技术方案:

一种基于无人机的高铁桥梁竖向动扰度测量方法,包括:

S1确定待测高铁桥梁,在待测高铁桥梁上布设左侧参考、中间测量点以及右侧参考点;

S2在无人机上设置三台相机,三台相机分别对应拍摄待测高铁桥梁上的左侧参考点、中间测量点以及右侧参考点;

S3利用无人机进行飞行测量;

控制无人机飞行到两个参考间的中垂线上,无人机上的三台相机分别对准待测高铁桥梁上标记的左侧参考点、中间测量点、右侧参考点;三台相机同步对待测高铁桥梁拍摄成像;

S4计算待测高铁桥梁竖向动扰度;

根据三台相机拍摄得到的图像,分别计算得到世界坐标系下中间测量点、左侧参考点、右侧参考点在竖起方向上的相对位移,进而得到高铁桥梁竖向动扰度。

基于机器视觉的桥梁扰度相对测量示意图

相机位置姿态变化引起图像变化示意图

根据参考对测点位置进行修正并求图像上的扰度的示意图

无人机上三相机以及相机与待测高铁桥梁的示意图

无人机三相机视场测量桥梁跨中竖向动位移的示意图

无人机(相机)的正下视理想观测位置

无人机与地面固定物以安全绳连接示意图

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