[发明专利]一种长距离全天候结构振动监测系统

说明书

本发明公开一种长距离全天候结构振动监测系统。本发明系统包括被测结构、视频采集模块和视频处理模块，所述视频采集模块连接视频处理模块，所述被测结构上安装有位移监测标志物；所述视频采集模块接收人工光源的振动视频，所述视频采集模块将接收到的振动视频发送给视频处理模块处理，所述视频处理模块处理后的信息发送至输出模块。本系统采用网络摄像机作为拍摄设备，基于数字图像做到了高效率、高精度具备较强的鲁棒性；全面做到了实时采集、实时分析、实时预警；整套系统均采用自供电形式供电，工作环境适用广泛。

技术领域

本发明涉及结构智能监测技术领域，具体地说是一种长距离全天候结构振动监测系统。

背景技术

过去的几十年里，人们对各种工程结构响应、动态载荷的振动和挠度的位移测量以及对应于温度效应的准静态载荷有着广泛的研究，结构挠度位移的测量主要是通过识别结构特性(位移、模态频率等)的变化来监测结构的健康状况。传统的位移测量方法根据安装方式可分为接触式和非接触式。接触式位移传感器如千分表、线性位移传感器等，这些位移传感器安装比较繁琐，费时费力，易磨损，而且还需在测量点附近有一个固定的平台作为参考。非接触式测量位移的方法有全球定位系统、合成孔径雷达系统、全站仪等，但是以上系统只适合较大位移的测量，其精度很难达到毫米级，全站仪需要在结构上安装反光原件，并且采样频率较低，难以实现结构位移的动态实时测量。在目前看来传统的监测方法已不适用现代的需求，在过去的几年中，新兴的机器视觉测量技术因其非接触、远距离和高分辨率的巨大优势而受到土木工程师的极大关注，但是因其无法实现全面实时、高精度、抗干扰等问题困扰着广大研究人员。

为解决以上问题，拟开发基于网络摄像机的结构振动监测系统。

发明内容

本发明的目的在于提出一种长距离全天候结构振动监测系统，本系统实现野外自供电，人工光源安装在结构可视位置，能够增加标志物在光线变化下的稳健性以及提供在夜晚进行监测的可能性，还能够根据环境光的特点改变光源，提高其在不同环境光下的辨识度，视频通过网络摄像机无线传输进视频处理模块，分析软件通过视频分析、收集位移变化情况进行精确测量，并进行实时预警，且具备可视化实时窗口；采集的位移数据文件小，能够不断收集保存进计算机建立结构健康监测数据库；通过结构健康监测数据库进行结构行为分析、承载力评估、模态参数识别、损伤识别和索力监测等结构健康监测。

为实现上述目的，本发明所述一种长距离全天候结构振动监测系统，包括被测结构、视频采集模块和视频处理模块，所述视频采集模块连接视频处理模块，所述被测结构上安装有位移监测标志物；所述视频采集模块接收位移监测标志物的振动视频，所述视频采集模块将接收到的振动视频发送至视频处理模块处理，所述视频采集模块包括网络摄像机和网络摄像头，所述视频处理模块处理后的信息发送至输出模块。

所述网络摄像机连接第一太阳能自供电构件。

所述位移监测标志物为人工光源，所述人工光源连接第二太阳能自供电构件。

所述输出模块为实时预警模块和结构健康监测数据库。

所述人工光源为LED红外光源。

所述视频处理模块主要包括图像预处理单元、视觉振动测量单元、实时绘图单元；所述视频处理模块接收到视频采集模块无线传输的图像信息后，首先将图像信息通过图像预处理单元进行图像预处理，经过图像预处理的图像信息再通过视觉振动测量单元进行视觉振动测量得到相应的坐标位移差，再经过实时绘图单元进行可视化实时位移显示；

①图像预处理：

首先进行相机标定，采用的是张正友棋盘相机标定法，准备棋盘格图像，棋盘大小为10×7，每个单元大小为22mm×22mm，使用视频采集模块传输的图像信息，对其中一帧图像信息提取角点信息，进一步对该图像信息提取亚像素角点信息，在棋盘标定图上绘制找到的内角点，利用算法进行相机标定，查看标定效果，得到相机的内、外参数矩阵，用于后期完成像素坐标到世界坐标的转换；