一種基于ccd的多通道橋梁撓度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及橋梁撓度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，特別涉及一種基于CCD的多通道橋梁撓度 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 橋梁撓度監(jiān)測(cè)對(duì)于了解現(xiàn)役橋梁的健康狀況和工作狀態(tài)具有重要意義，并且可為 橋梁的承載力和運(yùn)營狀況提供重要參考依據(jù)?，F(xiàn)有的撓度測(cè)量方法可以分為傳統(tǒng)測(cè)量方法 和自動(dòng)測(cè)量方法，傳統(tǒng)測(cè)量方法包括：百分表測(cè)量方法、精密水準(zhǔn)儀測(cè)量方法和全站儀測(cè)量 方法。其中百分表是接觸式的，測(cè)量時(shí)需要將儀器安裝到橋梁結(jié)構(gòu)，與橋梁結(jié)構(gòu)直接接觸； 精密水準(zhǔn)儀需要使用標(biāo)尺，標(biāo)定不便；全站儀受環(huán)境影響較大，價(jià)格昂貴。且此三種方法均 適合短期測(cè)量，不適合野外長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。
[0003] 自動(dòng)測(cè)量方法包括加速度計(jì)測(cè)量方法、基于微波干涉的撓度測(cè)量方法、GPS測(cè)量方 法、測(cè)量機(jī)器人撓度測(cè)量方法、張力線測(cè)量方法、基于傾角方式的測(cè)量方法和基于連通管方 式的測(cè)量方法。加速度計(jì)采集到的數(shù)據(jù)中高頻成分比重很大，根據(jù)加速度數(shù)據(jù)積分計(jì)算位 移的時(shí)候，低頻成分會(huì)被掩埋，而橋梁的撓度恰好屬于低頻成分，同時(shí)，兩次積分運(yùn)算也會(huì) 引入誤差，因此，這種方法的精度不高?；谖⒉ǜ缮娴膿隙葴y(cè)量方法根據(jù)橋梁變形前后反 射波的相位差來計(jì)算橋梁撓度，該方法的測(cè)量精度高，但是不適用于橋梁橫向和縱向同時(shí) 發(fā)生明顯變形的情況。GPS測(cè)量方法的實(shí)用性很好，但是使用衛(wèi)星，成本很高，測(cè)量精度為厘 米級(jí)。測(cè)量機(jī)器人撓度測(cè)量方法是在全站儀測(cè)量方法基礎(chǔ)上進(jìn)行的自動(dòng)化和智能化處理， 成本較高。張力線測(cè)量方法需要布設(shè)接觸式的傳感器，材料的選取很難，工程應(yīng)用性不好。 基于傾角方式的測(cè)量方法成本較高，不適合大范圍密集測(cè)量?；谶B通管方式的測(cè)量方法 需要在橋梁主梁上布設(shè)連通管線，操作復(fù)雜，工程實(shí)用性不強(qiáng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)操作不便、不適合長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、測(cè)量精度不高、成 本較高、應(yīng)用性不高、操作復(fù)雜以及工程實(shí)用性不強(qiáng)的問題，而提出的一種基于CCD的多通 道橋梁撓度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。
[0005] 上述的發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 一種基于C⑶的多通道橋梁撓度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具體包括：
[0007] 圖像采集模塊、撓度處理模塊、參數(shù)輸入模塊和操作按鈕模塊；其中，撓度處理模 塊包括撓度曲線子模塊和撓度數(shù)值子模塊；操作按鈕模塊包括圖像預(yù)覽子模塊、圖像采集 子模塊、停止預(yù)覽子模塊、停止采集子模塊和標(biāo)定子模塊。
[0008] -種的基于CXD的多通道橋梁撓度監(jiān)測(cè)方法是基于C⑶的多通道橋梁撓度監(jiān)測(cè) 裝置實(shí)現(xiàn)的，所述的裝置包括多路CCD相機(jī)、靶標(biāo)、射燈、鏡頭、相機(jī)支架、射燈支架、時(shí)控開 關(guān)、多通道圖像采集卡和計(jì)算機(jī)組成；一種基于CCD的多通道橋梁撓度監(jiān)測(cè)方法具體計(jì)算 過程如下：
[0009] 步驟一、由于橋梁受載荷作用，每臺(tái)CCD相機(jī)獲得橋梁撓度變形后的靶標(biāo)圖像；
[0010] 步驟二、假設(shè)t。時(shí)刻的靶標(biāo)圖像的參考子區(qū)中心的坐標(biāo)為（X。，y。）A1時(shí)刻橋梁發(fā) 生變形，變形后的靶標(biāo)圖像的變形子區(qū)中心的坐標(biāo)為（X1^1);
[0011] 步驟三、通過數(shù)字圖像相關(guān)方法（Digitalimagecorrelation,DIC)計(jì)算變形時(shí) 刻^的變形子區(qū)的中心坐標(biāo)（xDyi)，選擇的相關(guān)系數(shù)為零均值歸一化互相關(guān)系數(shù)CZNec，如 式⑴所示：
[0013] 式中，f(u，v)為參考子區(qū)中點(diǎn)（u，v)位置處的灰度值，參考子區(qū)大小為 (2M+1)X(2M+1) ;g(u'，V'）為在變形子區(qū)中與點(diǎn)（u，V)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)（u'，V'）的灰度值；7為 參考子區(qū)中各點(diǎn)f(u，v)的灰度平均值；i為變形子區(qū)中各點(diǎn)g(u'，v'）的灰度平均值；
[0014] 步驟四、選擇的亞像素搜索方法為二次曲面擬合方法；設(shè)相關(guān)系數(shù)矩陣Czncc中絕 對(duì)值最大的元素的位置為Q(X。，y。)，由Q及其周圍的8個(gè)整像素點(diǎn)共9個(gè)像素點(diǎn)形成局部 二次曲面，二次曲面方程如式（2)所示：
[0015]C> (x,y) =ax2+by2+cxy+dx+ey+f (2)
[0016]a、b、c、d、e和f為擬合多項(xiàng)式的系數(shù)；
[0017] 步驟五、通過9個(gè)像素點(diǎn)的位置以及9個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置處的相關(guān)系數(shù)值，擬合出
區(qū)中心坐標(biāo)在變形圖像上的位置（U1);
[0018] 步驟六、^時(shí)刻變形子區(qū)中心坐標(biāo)（xi，yi)與初始時(shí)刻參考子區(qū)中心坐標(biāo)（x。，y。） 的差值，即為h時(shí)刻橋梁測(cè)點(diǎn)處的水平和垂直位移（Ax，Ay)，如式（3)所示：
[0020] 其中，AX為^時(shí)刻橋梁測(cè)點(diǎn)處的水平位移，Ay為ti時(shí)刻橋梁測(cè)點(diǎn)處的垂直位 移，即橋梁撓度數(shù)值。
[0021] 發(fā)明效果
[0022] 本發(fā)明的目的在于為橋梁撓度長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)提供一種非接觸、快速、高精度的基于CCD 的多通道橋梁撓度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法；CCD檢測(cè)成像技術(shù)作為一種重要的無損檢測(cè)手段，具 有非接觸、成本較低、較高精度、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在許多工程測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮了巨大作用。 CCD相機(jī)可以較好地滿足橋梁撓度監(jiān)測(cè)的各項(xiàng)需求。
[0023] 本發(fā)明可根據(jù)橋梁撓度監(jiān)測(cè)需求設(shè)定參數(shù)，多通道C⑶相機(jī)同步采集、圖像處理、 標(biāo)尺標(biāo)定、撓度計(jì)算、曲線顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及提供監(jiān)測(cè)報(bào)告等功能，具有實(shí)時(shí)采集、快速處 理、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，適于橋梁結(jié)構(gòu)撓度變形的長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)。
【附圖說明】
[0024] 圖I(a)為實(shí)施例提出的t。時(shí)刻靶標(biāo)圖像位置示意圖；
[0025] 圖I(b)為實(shí)施例提出的h時(shí)刻靶標(biāo)圖像位置示意圖；
[0026] 圖2為實(shí)施例提出的4通道C⑶相機(jī)橋梁撓度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖；
[0027] 圖3(a)為實(shí)施例提出的靶標(biāo)圓斑面示意圖；
[0028] 圖3(b)為實(shí)施例提出的靶標(biāo)安裝示意圖；
[0029] 圖4為實(shí)施例提出的相機(jī)和射燈安裝示意圖；
[0030] 圖5 (a)為實(shí)施例提出的CCD相機(jī)標(biāo)定圖片；
[0031] 圖5 (b)為實(shí)施例提出的CCD相機(jī)標(biāo)定完成圖片；
[0032] 圖6為實(shí)施例提出的4通道C⑶橋梁撓度監(jiān)測(cè)軟件界面示意圖；
[0033] 圖7為實(shí)施例提出的圖6中圖像采集模塊顯示的測(cè)點(diǎn)1~4的靶標(biāo)圖像放大示意 圖；
[0034] 圖8為實(shí)施例提出的圖6中撓度曲線子模塊顯示的橋梁測(cè)點(diǎn)撓度曲線放大示意 圖；
[0035] 圖9為實(shí)施例提出的圖6中參數(shù)輸入模塊中參數(shù)輸入放大示意圖；
[0036] 圖10為實(shí)施例提出的圖6中操作按鈕模塊中撓度監(jiān)測(cè)按鈕輸入放大示意圖；
[0037] 圖11為實(shí)施例提出的圖6中撓度數(shù)值子模塊中橋梁撓度測(cè)點(diǎn)布置放大示意圖；
[0038] 圖12為實(shí)施例提出的一種基于CXD的多通道橋梁撓度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)操作流程圖；
[0039] 圖13為實(shí)施例提出的一種基于C⑶的多通道橋梁撓度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]
【具體實(shí)施方式】一：本實(shí)施方式的一種基于CCD的多通道橋梁撓度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特 征在于一種基于CCD的多通道橋梁撓度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具體包括：圖像采集模塊、撓度處理模塊、 參數(shù)輸入模塊和操作按鈕模塊；其中，撓度處理模塊包括撓度曲線子模塊和撓度數(shù)值子模 塊；操作按鈕模塊包括圖像預(yù)覽子模塊、圖像采集子模塊、停止預(yù)覽子模塊、停止采集子模 塊和標(biāo)定子_吳塊；
[0041] 參數(shù)輸入模塊和操作按鈕模塊是基于CCD((chargecoupleddevice,電荷親合器 件）的多通道橋梁撓度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部分，用于控制完成圖像采集和數(shù)據(jù)分析計(jì)算。
[0042]
【具體實(shí)施方式