一種橋隧結(jié)構(gòu)位移的測量系統(tǒng)的制作方法

本發(fā)明涉及一種橋隧結(jié)構(gòu)位移的檢測技術(shù)，尤其涉及一種橋隧結(jié)構(gòu)位移的測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

大橋的大跨徑梁、隧道等結(jié)構(gòu)是代表性的細長橋隧結(jié)構(gòu)。大跨徑梁的豎向位移(一般稱為撓度)和橫向位移是判定結(jié)構(gòu)安全的一個重要指標。同樣，橋隧結(jié)構(gòu)各節(jié)點的豎向位移(一般稱為沉降)和橫向位移也是判定結(jié)構(gòu)安全的一個重要指標。

目前的檢測大跨徑梁的豎向位移和橫向位移一般采用全球定位系統(tǒng)。其精度在厘米級，造價昂貴。而且，其檢測位移一般需要一段時間，因此不能檢測梁動態(tài)位移。

目前橋隧結(jié)構(gòu)的豎向位移一般采用靜力水準測量。靜力水準測量系統(tǒng)采用傳感器測出豎向變化。傳感器容器采用液管聯(lián)接，內(nèi)有一個自由懸重，一旦液位發(fā)生變化，懸重的懸浮力即被傳感器感應(yīng)，精確測出豎向變化。但是，荷載通過時的振動會嚴重干擾其檢測值，因此不能檢測橋隧結(jié)構(gòu)的動態(tài)位移。而且，靜力水準測量無法檢測橫向位移。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提出了一種橋隧結(jié)構(gòu)位移的測量系統(tǒng)，包括：

多個檢測模組，沿橋隧結(jié)構(gòu)的延伸方向間隔布設(shè)于所述橋隧結(jié)構(gòu)上；

每個所述檢測模組包括：

圖像采集裝置，設(shè)置于所述橋隧結(jié)構(gòu)上；

光源，設(shè)置于所述橋隧結(jié)構(gòu)上，所述圖像采集裝置的采集方向朝向所述光源；

控制及計算模組，包括：

控制單元，分別與每個所述檢測模組連接，用于控制每個所述光源的開關(guān)，以及控制每個所述圖像采集裝置在所述光源開啟時同步拍攝；

接收單元，與每個所述圖像采集裝置連接，用于接收所述圖像采集裝置拍攝的連續(xù)的圖像；

存儲單元；

處理單元，分別與所述接收單元和所述存儲單元連接，用于將所述接收單元接收的連續(xù)的所述圖像存儲至所述存儲單元中；

所述處理單元連續(xù)讀取所述存儲單元中存儲的所述圖像，并根據(jù)所述圖像中所述光源的中心位置與上一個所述圖像中所述光源的所述中心位置比較產(chǎn)生的偏移計算每個所述圖像采集裝置和每個所述光源的位移生成位移數(shù)據(jù)。

上述的測量系統(tǒng)，其中，所述控制及計算模組還包括：

發(fā)送單元，與所述處理單元連接，用于將生成的所述位移數(shù)據(jù)輸出。

上述的測量系統(tǒng)，其中，還包括：

監(jiān)控模組，與所述發(fā)送單元遠程連接，用于接收所述發(fā)送單元輸出的所述位移數(shù)據(jù)并監(jiān)控。

上述的測量系統(tǒng)，其中，每個所述檢測模組還包括一固定板；

每個所述檢測模組中所述圖像采集裝置的數(shù)量為兩個，并且兩個所述圖像采集裝置固定于同一個所述固定板上；

每個所述檢測模組中所述光源的數(shù)量也為兩個。

上述的測量系統(tǒng)，其中，所述固定板上設(shè)置有角度調(diào)節(jié)座，用于調(diào)節(jié)兩個所述圖像采集裝置的采集方向。

上述的測量系統(tǒng)，其中，每個所述光源包括多個光點，每個所述光源的所述光點能夠確定一個唯一的中心點以用于定位。

上述的測量系統(tǒng)，其中，相鄰的所述光點之間的間距相等；

所述處理單元提取所述圖像中間距相等的所述光點以確定所述光源的中心。

上述的測量系統(tǒng)，其中，所述光點由發(fā)光二極管導(dǎo)通產(chǎn)生。

上述的測量系統(tǒng)，其中，所述位移數(shù)據(jù)包括橫向位移數(shù)據(jù)和豎向位移數(shù)據(jù)。

上述的測量系統(tǒng)，其中，所述圖像采集裝置為工業(yè)相機。

有益效果：本發(fā)明提出的一種橋隧結(jié)構(gòu)位移的測量系統(tǒng)能夠測量橋隧結(jié)構(gòu)的動態(tài)位移，建設(shè)成本低，并且不受橫向測量和豎向測量的限制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例中橋隧結(jié)構(gòu)位移的測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一實施例中橋隧結(jié)構(gòu)位移的測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一實施例中圖像采集裝置及固定板的安裝位置示意圖；

圖4為本發(fā)明一實施例中測量系統(tǒng)在橋隧結(jié)構(gòu)內(nèi)的分布圖；

圖5為本發(fā)明一實施例中具有多個光點的光源的示意圖；

圖6為本發(fā)明一實施例中橋隧結(jié)構(gòu)位移的示意圖；

圖7為本發(fā)明一實施例中光源在圖像上的位置移動的示意圖。

圖8和圖9為本發(fā)明一實施例中遠近光源的設(shè)置示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行進一步說明。

在一個較佳的實施例中，如圖1所示，提出了一種橋隧結(jié)構(gòu)位移的測量系統(tǒng)，可以包括：

多個檢測模組10，沿橋隧結(jié)構(gòu)的延伸方向間隔布設(shè)于橋隧結(jié)構(gòu)上，例如布設(shè)于橋隧結(jié)構(gòu)的頂部等；

每個檢測模組10包括：

圖像采集裝置11，設(shè)置于橋隧結(jié)構(gòu)上；

光源12，設(shè)置于橋隧結(jié)構(gòu)上，圖像采集裝置11的采集方向朝向光源12；

控制及計算模組20，包括：

控制單元21，分別與每個檢測模組10連接，用于控制每個光源12的開關(guān)，以及控制每個圖像采集裝置11在光源12開啟時同步拍攝；

接收單元22，與每個圖像采集裝置11連接，用于接收圖像采集裝置11拍攝的連續(xù)的圖像；

存儲單元23；

處理單元24，分別與接收單元22和存儲單元23連接，用于將接收單元22接收的連續(xù)的圖像存儲至存儲單元23中；

處理單元24連續(xù)讀取存儲單元23中存儲的圖像，并根據(jù)圖像中光源12的中心位置與上一個圖像中光源12的中心位置比較產(chǎn)生的偏移計算每個圖像采集裝置11和每個光源12的位移生成位移數(shù)據(jù)。

其中，檢測模組10的數(shù)量可以是多個，每一個的連接方式都相同，因此在附圖中沒有重復(fù)畫出，而控制及計算模組20的數(shù)量可以只有一個；由于光源12在圖像上的位置具有方向性，因此本發(fā)明中的測量系統(tǒng)可以實現(xiàn)橋隧結(jié)構(gòu)的橫向位移和/或豎向位移的測量，詳細的算法將在下文中詳細給出；優(yōu)選地，每次圖像采集裝置11進行拍攝應(yīng)為同步拍攝，以保證沿橋隧結(jié)構(gòu)布設(shè)的所有檢測模組獲得的圖像及數(shù)據(jù)反映當時的橋隧結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，從而得到橋隧結(jié)構(gòu)的在各個檢測點處的位移情況；光源12的初始位置可以是預(yù)先存儲在存儲單元23中的，讀取圖像的同時還需要同時讀取光源12的初始位置的數(shù)據(jù)以進行比較，這里的上一個圖像中光源的中心位置可以是例如橋隧結(jié)構(gòu)建造時的初始位置，也可以是在動態(tài)測量過程中的上一次測量的位置，但這只是優(yōu)選的情況，不應(yīng)視為是對本發(fā)明的限制。

在一個較佳的實施例中，如圖2所示，控制及計算模組20還可以包括：

發(fā)送單元25，與處理單元24連接，用于將生成的位移數(shù)據(jù)輸出。

上述實施例中，優(yōu)選地，如圖2所示，還可以包括：

監(jiān)控模組30，與發(fā)送單元25遠程連接，用于接收發(fā)送單元25輸出的位移數(shù)據(jù)并監(jiān)控。

在一個較佳的實施例中，如圖3所示，每個檢測模組10還包括一固定板14；

每個檢測模組10中圖像采集裝置11的數(shù)量為兩個，并且兩個圖像采集裝置11固定于同一個固定板14上；

每個檢測模組10中光源12的數(shù)量也為兩個。

其中，所有檢測模組10的排布方式可以如圖4所示，圖4中最左側(cè)和最右側(cè)的可以為固定源，默認為不產(chǎn)生位移，這樣的固定源可以布設(shè)在測量對象的兩端，例如布設(shè)在隧道兩端的沉井或者橋梁的橋墩上，用作計算其他光源12的位移的參照，最終產(chǎn)生的位移數(shù)據(jù)可以認為是每個光源12相對于固定源的位移，但這只是一種優(yōu)選的情況，不應(yīng)視為是對本發(fā)明的限制。

上述實施例中，優(yōu)選地，固定板14上設(shè)置有角度調(diào)節(jié)座，用于調(diào)節(jié)兩個圖像采集裝置11的采集方向。

上述的技術(shù)方案中，兩次圖像的比較可以是角度調(diào)節(jié)座完成角度調(diào)節(jié)前后的兩張圖像，此時圖像采集裝置11可以不僅僅采集最靠近該圖像采集裝置11的光源12，而是如圖8和圖9所示，同時采集較近的光源12a和較遠的光源12b；當角度調(diào)節(jié)座完成角度調(diào)節(jié)后，圖像上的光源12a和光源12b雖然都發(fā)生了位移，但是較遠的光源12b在圖像上的位移距離不同于較近的光源12a，通過這種方式也能夠計算得到光源12a和光源12b的實際位移，或者作為一種額外的測量方式以提高測量的精度，但這只是優(yōu)選的情況，不應(yīng)視為是對本發(fā)明的限制。

在一個較佳的實施例中，如圖5所示，每個光源12可以包括多個光點a，每個光源12的光點a能夠確定一個唯一的中心點以用于定位。

上述實施例中，優(yōu)選地，相鄰的光點a之間的間距相等；

處理單元24提取圖像中間距相等的光點a以確定光源12的中心。

上述實施例中，優(yōu)選地，光點a由發(fā)光二極管導(dǎo)通產(chǎn)生。

其中，發(fā)光二極管可以固定于一固定底板上；更為具體地，固定底板可以具有多個通孔，該發(fā)光二極管可以嵌設(shè)于固定底板的通孔內(nèi)，從而使得固定底板在通孔穿透的兩個面上都能夠發(fā)光，在這種情況下，圖像采集裝置11的布設(shè)方式可以是例如：朝向固定底板的兩個面均分別布設(shè)有一個圖像采集裝置11，從而使得相鄰的這兩個圖像采集裝置11能夠以相同的固定底板(或者說相同的光源)為參照進行測量和計算。

在一個較佳的實施例中，位移數(shù)據(jù)包括橫向位移數(shù)據(jù)和豎向位移數(shù)據(jù)。

在一個較佳的實施例中，圖像采集裝置11為工業(yè)相機。

具體地，如圖6所示，以豎向位移為例說明，橫向位移同理。z0為作為圖像采集裝置的相機的位移；z1為作為光源的右側(cè)靶(帶有發(fā)光二極管)的位移；z2為作為光源的左側(cè)靶的位移。c點為相機位移產(chǎn)生之前的位置。c'點為相機位移z0產(chǎn)生后的位置。b為左側(cè)靶位移產(chǎn)生之前的左側(cè)檢測靶的中心位置，b'為左側(cè)靶位移z2產(chǎn)生之后的左側(cè)檢測靶的中心位置。a為右側(cè)靶位移產(chǎn)生之前的右側(cè)檢測靶的中心位置，a'為右側(cè)靶位移z1產(chǎn)生之后的右側(cè)檢測靶的中心位置。

y為位移前左側(cè)檢測靶的中心點在圖像上的豎向位置，y'為位移后左側(cè)檢測靶的中心點在圖像上的豎向位置，所以y'-y為左側(cè)檢測靶的中心點在圖像上的豎向位移。

x為位移前右側(cè)檢測靶的中心點在圖像上的豎向位置，x'為位移后左側(cè)檢測靶的中心點在圖像上的豎向位置，所以x'-x為左側(cè)檢測靶的中心點在圖像上的豎向位移。

x'-x，y'-y的計算原理如圖7所示，根據(jù)位移產(chǎn)生前后的檢測靶的中心位移的像素h，換算成實際的豎向位移值。

x像素對應(yīng)的實際橫向位移＝w/w*x，y像素對應(yīng)的實際豎向位移＝h/h*y。

假定，由于結(jié)構(gòu)上部荷載的不均衡等原因，位移產(chǎn)生時相機固定底板軸線與水平方向產(chǎn)生一個夾角為δ的轉(zhuǎn)動。

則，上述變量的關(guān)系為：

z1＝x'+z0+l1tanδ-x

z2＝y(tǒng)'+z0-l2tanδ-y

由于δ極小，上式可轉(zhuǎn)寫為：

則可得到：

z1-z0-l1δ＝(x'-x)

z2-z0+l2δ＝(y'-y)

基于以上原理，再結(jié)合系統(tǒng)構(gòu)成圖(圖4)，整個系統(tǒng)可建立如下兩組聯(lián)立方程：

zi表示第i個靶的豎向位移，hi表示第i個相機的豎向位移，lij表示第i個相機和第j個靶的距離，δi表示第i個相機固定底板軸線與水平方向產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動夾角，δij表示第j個靶中心在相機i所拍攝的圖像上的實際豎向位移差。

ri表示第i個靶的橫向位移，ni表示第i個相機的橫向位移，lij表示第i個相機和第j個靶的距離，表示第i個相機固定底板軸線與豎向方向產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動夾角，pij表示第j個靶中心在相機i所拍攝的圖像上的實際橫向位移差。

將上述方程組(式1、式2)轉(zhuǎn)成矩陣方程，記為ax＝b；ay＝c

其中

求解矩陣方程得到x＝a^-1b；y＝＝a^-1c

從而得到第i個靶點的豎向位移zi，第i個相機的豎向位移hi；第i個靶點的橫向位移ri，第i個相機的橫向位移ni。

綜上所述，本發(fā)明提出的一種橋隧結(jié)構(gòu)位移的測量系統(tǒng)能夠測量橋隧結(jié)構(gòu)的動態(tài)位移，建設(shè)成本低，并且不受橫向測量和豎向測量的限制。

通過說明和附圖，給出了具體實施方式的特定結(jié)構(gòu)的典型實施例，基于本發(fā)明精神，還可作其他的轉(zhuǎn)換。盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實施例，然而，這些內(nèi)容并不作為局限。

對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權(quán)利要求書應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。