[发明专利]基于近景摄影测量的桥梁挠度测量系统及方法

权利要求书

1.一种基于近景摄影测量的桥梁挠度测量系统，其特征在于，所述的基于近景摄影测量的桥梁挠度测量系统包括全站仪（5）、1号单镜头反光摄影机（6）、2号单镜头反光摄影机（7）、工业控制计算机（10）、4～5个置于桥墩上的控制点（12）、6～8个置于立杆上的控制点（13）和3个目标点（11）；

全站仪（5）安装在距桥梁为5～50m处，1号单镜头反光摄影机（6）与2号单镜头反光摄影机（7）基线距为1000mm～3000mm，水平交向角为40°～90°，距桥梁的拍摄距离为3～15m，拍摄仰角为0°～10°；3个目标点（11）置于每一跨桥梁的2个支点位置和每一跨桥梁的跨中位置所对应的桥侧面处，4～5个置于桥墩上的控制点（12）分布在每一跨桥梁下面的两个桥墩上，6～8个置于立杆上的控制点（13）分布在3个目标点（11）的下方与前方，6～8个置于立杆上的控制点（13）处于4～5个置于桥墩上的控制点（12）之间，且不在同一竖直的平面上，置于桥墩上的控制点（12）与置于立杆上的控制点（13）中的两个相邻的控制点之间的横坐标与纵坐标距离皆为50mm～1000mm，1号单镜头反光摄影机（6）与2号单镜头反光摄影机（7）分别和工业控制计算机（10）采用USB信号线连接。

2.按照权利要求1所述的基于近景摄影测量的桥梁挠度测量系统，其特征在于，所述的全站仪（5）采用型号为NTS-340的全站仪，1号单镜头反光摄影机（6）与2号单镜头反光摄影机（7）结构相同，1号单镜头反光摄影机（6）与2号单镜头反光摄影机（7）皆采用型号为Canon60d的单镜头反光摄影机,1号单镜头反光摄影机（6）与2号单镜头反光摄影机（7）皆采用USB接口，安装有基于matlab平台开发的摄影测量桥梁挠度软件系统的工业控制计算机（10）采用型号为ThinkPad T400的计算机，4～5个置于桥墩上的控制点（12）、6～8个置于立杆上的控制点（13）与3个目标点（11）结构相同，皆采用黑白相间的回光反射标志，为平板式正方形结构件，边长为200mm。

3.一种采用基于近景摄影测量的桥梁挠度测量系统测量桥梁挠度的方法，其特征在于，所述的采用基于近景摄影测量的桥梁挠度测量系统测量桥梁挠度方法的步骤如下：

1）测量人员选择控制点布设最佳位置：

控制点布设最佳位置选择为每一跨桥梁的2个支点位置所对应的桥侧面处、每一跨桥梁的跨中位置所对应的桥侧面处、桥墩与每一跨桥梁前方的地面上,所述的控制点即全部的置于桥墩上的控制点（12）、置于立杆上的控制点（13）与目标点（11），以下相同；

2）测量人员在控制点布设最佳位置布设控制点：

测量人将3个目标点（11）置于每一跨桥梁的2个支点位置与每一跨桥梁的跨中位置所对应的桥侧面处，4～5个置于桥墩上的控制点（12）分布在每一跨桥梁下面的两个桥墩上，6～8个置于立杆上的控制点（13）分布在3个目标点（11）的下方与前方，6～8个置于立杆上的控制点（13）处于4～5个置于桥墩上的控制点（12）之间，且不在同一竖直的平面上，置于桥墩上的控制点（12）与置于立杆上的控制点（13）中的两个相邻的控制点之间横、纵坐标距离皆为50mm～1000mm；

3）测量人员将全站仪（5）置于距桥梁5～50m处，测量人员利用全站仪（5）附带的免棱镜功能测量控制点在空间中的物点坐标（X₁,Y₁,Z₁），...,（X₁₃,Y₁₃,Z₁₃），单位为m，测2～4侧回后将测量结果取平均值,并将平均值结果输入配置有基于matlab平台开发的摄影测量桥梁挠度软件系统的工业控制计算机（10）中；

4）测量人员采用1号单镜头反光摄影机（6）与2号单镜头反光摄影机（7）分别在施加荷载前后从3个目标点（11）的两端以60°～70°的水平交向角拍摄40～60幅收录全部目标点（11）、置于桥墩上的控制点（12）与置于立杆上的控制点（13）的像片；

5）测量人员通过基于matlab平台开发的摄影测量桥梁挠度软件系统反复提取像点坐标后取平均值，以像片左上角为坐标原点，以图像尺寸大小为横、纵坐标最大值，精确确定置于桥墩上的控制点（12）、置于立杆上的控制点（13）与目标点（11）像点坐标，单位为pixel；

6）测量人员通过基于matlab平台开发的摄影测量桥梁挠度软件系统利用直接线性变换解法求l系数近似值、内方位元素x0初值、内方位元素y0初值与f初值；

7）测量人员将求解出l系数近似值作为此时刻的迭代初值，通过基于matlab平台开发的摄影测量桥梁挠度软件系统利用直接线性变换解法辅以迭代算法求l系数精确值与畸变系数k₁，k₁单位为1/pixel²；

8）测量人员通过基于matlab平台开发的摄影测量桥梁挠度软件系统进行目标点像点坐标畸变改正；

9）测量人员通过基于matlab平台开发的摄影测量桥梁挠度软件系统求解目标点在空间中的物点坐标似值；

10）测量人员将目标点在空间中的物点坐标近似值作为此时刻的迭代初值，通过基于matlab平台开发的摄影测量桥梁挠度软件系统求解目标点在空间中的物点坐标精确值（X、Y、Z）；

11）测量人员通过基于matlab平台开发的摄影测量桥梁挠度软件系统运用加载前后解算出的两次目标点在空间中的物点坐标精确值进行挠度计算：

f=Z₁-Z₂  单位为mm    （16）

12）测量人员通过基于matlab平台开发的摄影测量桥梁挠度软件系统进行精度分析：

相对误差计算

δ=f-f1f1×100%]]>  量纲为1    （17）

中误差计算

Δi=Li-L~]]>

m=±[ΔΔ]n]]>    以mm为单位    （18）