CN100447546C - 望远式全天候自标定挠度/位移测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及望远式全天候自标定挠度/位移测量装置及方法，测量装置包括靶标，由摄像设备和计算机构成的接收处理器；其特征在于摄像设备的前端还设有望远装置，并通过接口与计算机连接；靶标为贴有精确刻度的“井”字的灯箱，灯箱底色为黑色且不发亮，“井”字线为白色且透光；靶标表面为漫反射防水膜；灯箱体内设有散射光源，由光线控制器控制。本发明通过调整望远装置的放大倍率实现对不同距离待测点的位移测量，靶标为贴有精确刻度的“井”字的灯箱；若测点“井”字靶标正面未与摄像设备完全垂直时，不会产生额外误差，具有精度高的特点；而且具有自动调整光线、自标定和安装简单、使用方便特点，能进行全天候工作。

Description

望远式全天候自标定挠度/位移测量装置及方法

技术领域

本发明涉及用于检测及监测桥梁挠度、地面沉降、山体滑坡、楼宇下沉或移动的位移及挠度检测和监测装置及方法，尤其是利用望远装置和图像方法进行的挠度和位移测量装置及方法。

背景技术

检测桥梁挠度和位移在现代路桥健康检测及监测中起着重要的作用。现有技术中，用于检测及监测桥梁挠度、山体移动的装置和方法大都不能进行自标定，每次测量前都必须进行烦琐的人工标定。如中国专利200510020324.2公开的一种“自标定自编码成像法多点动态挠度/位移测量装置”，虽然具有自标定功能，但在进行挠度/位移测量时，由于测量范围很宽，测量精度会很低，无法满足高精度的要求，而且只能工作于弱光环境。又如光电液连通管法也可检测桥梁挠度，但其受温度影响很大，且不能实现全天候测量。再如中国专利公开的200510020375.5“二维、大量程激光挠度/位移测量方法及装置”，通过控制可控阻尼铰链结构使反映被测结构位置的激光光束水平射到光斑接收测量装置上，形成光斑，经摄像设备对光斑和标记成像，再计算激光光斑的重心位置和发光二极管像的相对距离，获得目前光斑的坐标，把坐标减去初始值，即获得目前光斑的位移值，得出被测结构的二维位移，该装置的激光光束只能水平射到光斑接收测量装置上，因此激光发射器和光斑接收测量装置必须处于同一水平线上，对于有倾角的场地无法使用，安装和使用的范围有限，即使是在水平面上安装，要求激光光束完全水平射到光斑接收测量装置的调试和操作也很困难。

如上所述，现有的位移/挠度检测和监测的装置或者使用范围有限，或者精度不够，或者不能完成全天候工作，严重制约其在检测及监测桥梁挠度、地面沉降、山体移动、楼宇下沉和移动等方面的真正推广和应用。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种具有自标定功能、使用范围广、精度高，且可长期、远距离检测及监测桥梁、地面、山体、楼宇等望远式全天候自标定挠度/位移测量装置及方法。

本发明的目的是这样实现的：望远式全天候自标定挠度/位移测量装置，包括靶标，由摄像设备和计算机构成的接收处理器；其特征在于摄像设备的前端设有望远装置，并通过接口与计算机连接；靶标为贴有精确刻度的“井”字的灯箱，灯箱底色为黑色且不发亮，“井”字线为白色且透光；靶标表面为漫反射防水膜；灯箱体内设有散射光源，由光线控制器控制。

所述装置的测量方法，包括如下步骤：

1)将“井”字靶标竖直安装于待测点，并使“井”字防水膜一侧正对望远装置；2)将摄像设备和望远装置设于固定不动的地点，使望远装置正对测点的靶标，打开靶标上的光线控制器开关，散射光源自动调整光线；3)调整望远装置的放大倍率，使测点靶标在摄像设备上形成大小适当的图像；4)当待测点发生位移时，靶标发生同样的位移，摄像设备形成的图像相应发生变化，并将图像信号通过电脑接口传入电脑；电脑对采集到的图像信号进行预处理后，对每个图像的位置进行运算，并与预先设定的零位移点进行比较，计算出待测点相对零点的像素位移大小，然后根据标定比例A₁和A₂计算实际的位移大小并加以存储；根据存储的数据，检测出待测点的位移方向、大小和振动情况，方便地得出分析图表，画出位移的长期走势。

相比现有技术，本发明具有如下优点：

1、通过调整望远装置的放大倍率实现对不同距离待测点的位移测量，靶标为贴有精确刻度的“井”字的灯箱；若测点“井”字靶标正面未与摄像设备完全垂直时，不会产生额外误差，具有精度高的特点；

2、靶标的散射光源由光线控制器控制，能够自动调整光线，进行全天候工作；

3、摄像设备摄取测点“井”字靶标图像并传入计算机，计算机根据传入图像计算图像中的两条竖线和两条横线间的像素距离L₁和L₂，根据测点“井”字靶标上两条竖线和两条横线间的实际距离D₁和D₂，计算出A₁＝L₁/D₁，A₂＝L₂/D₂，完成自标定；不需要烦琐的人工标定。

4、具有安装简单、使用方便的特点。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是本发明位移/挠度测量装置测量安装的示意图；

图2是本发明测点“井”字靶标的结构示意图；

图3是测点“井”字靶标正面示意图；

图4是测点“井”字靶标移动后示意图。

具体实施方式

如图1所示，望远式全天候自标定挠度/位移测量装置，包括靶标1、由摄像设备2和计算机3构成的接收处理器；摄像设备2通过接口与计算机3连接，摄像设备2的前端还设有望远装置4。靶标1设于待测点，竖直安放并正对望远装置4；通过调整望远装置的放大倍率实现对不同距离待测点的位移测量。参见图2，靶标1为贴有精确刻度的“井”字的灯箱，灯箱底色为黑色且不发亮，“井”字线为白色且透光；靶标1的表面为漫反射防水膜；灯箱体内设有散射光源5，由光线控制器6控制。白天光线充足时测点“井”字靶标内散射光源不发光，当光线变暗时测点“井”字靶标内散射光源5发光，确保摄像设备摄取质量良好的图像。参见图3，靶标1为贴有精确刻度的“井”字，白线井字竖向、横向间距分别为D₁和D₂。

参见图1，本发明测量方法包括如下步骤：首先，将“井”字靶标1竖直安装于待测点，并使“井”字靶标1的防水膜一侧正对望远装置4；将摄像设备2和望远装置4设于固定且坚固不动的地点，使望远装置4正对测点“井”字靶标1，打开“井”字靶标上的光线控制器6，散射光源5自动调整光线；调整望远装置4的放大倍率，使测点“井”字靶标1在摄像设备4上形成大小适当的图像；运行测量程序，进行自动标定。参见图4，其中白色井字线为参考零位移状态，当待测点发生位移时，“井”字靶标1发生同样的位移，图中虚线为发生位移后的状态。摄像设备4形成的图像相应发生变化，并将图像信号通过电脑接口传入电脑。电脑对采集到的图像信号进行预处理后，对每个图像的位置进行运算，并与预先设定的零位移点进行比较，计算出待测点相对零点的像素位移大小，然后根据标定比例A₁和A₂计算实际的位移大小并加以存储；根据存储的数据，可以检测出每个待测点的位移方向、大小和振动情况，方便地得出分析图表，画出位移的长期走势。

其中，自动标定方法为：摄像设备摄取测点“井”字靶标图像并传入计算机，计算机根据传入图像计算图像中的两条竖线和两条横线间的像素距离L₁和L₂，根据测点“井”字靶标上两条竖线和两条横线间的实际距离D₁和D₂，计算出A₁＝L₁/D₁，A₂＝L₂/D₂，从而完成标定。

Claims (2)

1、望远式全天候自标定挠度/位移测量装置，包括靶标(1)，由摄像设备(2)和计算机(3)构成的接收处理器；其特征在于摄像设备(2)通过接口与计算机连接，摄像设备(2)的前端还设有望远装置(4)；靶标(1)为贴有精确刻度的“井”字灯箱，灯箱底色为黑色且不发亮，“井”字线为白色且透光；靶标(1)表面为漫反射防水膜；灯箱体内设有散射光源(5)，由光线控制器(6)控制。

2、根据权利要求1所述装置的测量方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将“井”字靶标(1)竖直安装于待测点，并使“井”字防水膜一侧正对望远装置(4)；

2)将摄像设备(2)和望远装置(4)设于固定不动的地点，使望远装置(4)正对测点的靶标(1)，打开靶标(1)上的光线控制器开关(6)，散射光源(5)自动调整光线；

3)调整望远装置(4)的放大倍率，使测点靶标(1)在摄像设备(4)上形成大小适当的图像；

4)计算标定比例A₁和A₂：用摄像设备摄取测点“井”字靶标图像并传入计算机，计算机根据传入图像计算图像中的两条竖线和两条横线间的像素距离L₁和L₂，根据测点“井”字靶标上两条竖线和两条横线间的实际距离D₁和D₂，计算出A₁＝L₁/D₁，A₂＝L₂/D₂；

5)当待测点发生位移时，靶标(1)发生同样的位移，摄像设备(4)形成的图像相应发生变化，并将信号通过计算机接口传入计算机；计算机对采集到的图像信号进行预处理后，对每个图像的位置进行运算，并与预先设定的零位移点进行比较，计算出待测点相对零点的像素位移大小，然后根据标定比例A₁和A₂计算实际的位移大小并加以存储；

6)根据存储的数据，检测出每个待测点的位移方向、大小和振动情况，方便地得出分析图表，画出位移的长期走势。

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