[发明专利]一种结构物位移测量系统及其测量方法

说明书

本发明涉及一种结构物位移测量系统，包括智能摄像机、设置于被测结构物上的特征靶标及智能设备，所述智能摄像机具有内嵌入像素比例算法以及自动识别程序；所述特征靶标为一个标准圆，其上均匀分布有数个特征码，所述特征码中的每一个录入了特征靶标的编号、尺寸及其在该特征靶标内的序号信息；智能摄像机通过镜头与被测结构物的被测平面相对布置，并且其镜头在视野范围内同时能观测到多个被测平面内的多个特征靶标，以及能自动识别所有特征靶标，并根据已知特征靶标上的特征码获取特征靶标的编号与尺寸信息，本发明节约了仪器造价成本，大大提高监测精度，应用便捷高效。

技术领域

本发明涉及位移测量领域，具体为一种使用特征靶标的结构物位移测量系统及其测量方法。

背景技术

土木工程基础设施的特点是数量多，体积大，服役期长，结构一旦发生破坏会引发严重的工程事故，造成国家财产损失、人员伤亡，产生不良社会影响。因此，针对基础设施结构物的安全监测尤为重要，对于不同结构物的结构特征不同，影响其安全因素的物理量也各不相同，基于绝大多数结构物最为重要和普遍的监测物理量是位移，包括水平位移和竖向位移，故当前结构物采用位移测量是主要的选择。

针对结构物的位移监测手段有很多种类，如全站仪测量、位移传感器测量(静力水准系统测竖向位移，激光传感器测水平位移)或GNSS位移测量系统等，其中，全站仪属于精密电子仪器，不仅价格昂贵，而且测量需要有合适的较大的空间，且需要人工监测配合；其位移传感器安装需要水管电缆，费时费力且仪器需要长期保护，测量精度受外界环境的干扰影响大，测不准的问题难以解决；GNSS 位移测量系统在位移测量中容易受到区域电子干扰和卫星几何图形的强度变化影响从而降低测量效率，且系统使用的成本较高。

近年以来出现了一些基于图像识别的位移测量方法，在申请号为201811048952.5的中国专利中，即采用CCD摄像来测量位移的，但该专利基于图像识别测量技术的方法需要标尺作为参考，标尺受外界环境变化影响大，需要对标尺本身进行保护，且需要人工在现场进行观察维护。

目前，在市场上出现可通过摄像机和靶标进行图像识别的远程测量技术，这种技术在一台摄像机同时监测多个靶标时，需要测量每个靶标的光学参数，包括摄像机焦距、物距等，同时需要安装倾角仪测量摄像机光轴与每个靶标的夹角，通过物距与夹角推算出结构物的实际位移。摄像机的焦距会因环境温湿度及材料的长期应力变化影响导致测量误差，为了消除材料误差，需要定期对摄像机进行标定，因而在野外长期测量的情况下，非常不便。这种技术对多个靶标的测量不仅效率低，还会由于光学参数与倾角的测量误差带来结构物位移测量的附加误差。

因此，有必要提供一种新的结构物位移测量系统及其测量方法，以解决上述问题。

发明内容

为了改善现有技术，本发明提出了一种使用标准圆形特征靶标的摄像机视觉位移测量系统，可以非接触地同时测量结构物的多个待测平面上多个靶标的平面双向位移及在平面内的转角。

本发明将通过如下技术方案实现技术改良：一种结构物位移测量系统，包括智能摄像机、设置于被测结构物上的特征靶标及智能设备，所述智能摄像机具有内嵌入像素比例算法以及自动识别程序；所述特征靶标为一个标准圆，其上均匀分布有数个特征码，所述特征码中的每一个录入了特征靶标的编号、尺寸及其在该特征靶标内的序号信息；所述智能摄像机通过镜头与被测结构物的被测平面相对布置，并且其镜头在视野范围内同时能观测到多个被测平面内的多个特征靶标，以及能自动识别所有特征靶标，并根据各个特征靶标上的特征码获取特征靶标的编号与尺寸信息。

进一步地，所述智能摄像机内的像素比例算法是根据已知特征靶标的直径与图像所占像素建立唯一的比例关系，并能通过像素比例算法进行特征靶标与智能摄像机光轴成正交时的成像测量或存在夹角时的成像测量矫正，进行现场解算分析，以及根据特征靶标的实际尺寸信息，对特征靶标在物平面内的位移进行像素尺寸比例换算，从而计算出结构物的实际位移数据。