CN105067245A - 桥梁受拉件振动频率测量方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁受拉件振动频率测量系统和方法，以实现高效的拉索振动频率检测。包括相连接的图像采集装置，用于采集拉索动态图像；图像处理装置，用于计算所述拉索动态图像中拉索的振动频率。包括下述工作步骤：采集拉索连续图像；根据所述采集图像判断拉索在单位时间内的振动次数；根据拉索在单位时间内的振动次数得出其振动频率。技术方案的特点是：能够远距离的进行拉索的振动检测，而且在检测工作的前后无需过多的准备工作，只需将图像采集装置对准待检测的拉索采集图像即可。而且本方案均采用现有的成熟设备，设备成本也不高，经济性较佳。

Description

桥梁受拉件振动频率测量方法和系统

技术领域

本发明涉及桥梁受拉件振动频率测量方法和系统。

背景技术

随着我国桥梁数量的迅速增长和桥梁运营环境的日趋复杂严苛，桥梁工程的安全问题日益突出。据不完全统计，1999～2012年期间我国共发生桥梁垮塌事故近50起，造成了巨大的生命财产损失和恶劣的社会影响。桥梁结构的安全正受到政府和社会日益广泛的关注。拉索、吊杆等是高效承受拉力的结构构件，广泛地应用于斜拉桥、悬索桥、拱桥等大型索承重桥梁中。作为主要承力构件，拉索的服役性能直接关系到桥梁的整体安全性，在桥梁安全服役运营中扮演着至关重要的角色。在桥梁使用过程中，拉索往往由于腐蚀和振动等原因受到损害，作为张拉结构的重要构件，拉索损害将会给桥梁带来灾难性的后果。受到损坏的拉索，将发生索力变化（松弛），从而影响结构内力分布和结构线型，拉索的严重锈蚀甚至可能引起断裂，进而引起结构的坍塌。

拉索构件健康性评定和安全性评估的主要内容是索力测试，索承重结构的索力测试是整个结构受力评估的关键因素之一，是分析结构当前受力状态和评定结构健康状况的重要依据。对于服役状态下的拉索构件索力测试，目前最主要也是几乎唯一可行的方法是频率法，其理论基础为弦振理论，通过测试得到拉索的振动频率后再根据拉索频率、刚度和边界条件，来计算拉索索力，拉索振动频率测试的精度直接关系到拉索构件安全性控制。因此，桥梁拉索振动频率检测对于拉索构件健康性评定和安全性评估而言，具有非常重要的作用。

目前，对拉索的振动频率检测通常是通过传感器进行，如公开号CN103728014A中揭示的技术方案，其需要在每根拉索上安装数字加速度传感器，检测完成后为了成本的考虑也需要拆下，用于新的检测工作。其方案的缺点在于每根拉索的检测都需要大量的前置或后置工作，比如传感器的安装拆卸等，工作效率亟待提高。

整个说明书对背景技术的任何讨论，并不代表该背景技术一定是所属领域技术人员所知晓的现有技术；整个说明书中的对现有技术的任何讨论并不代表认为该现有技术一定是广泛公知的或一定构成本领域的公知常识。

发明内容

本发明意在提供桥梁受拉件振动频率测量系统，以实现高效的拉索振动频率检测。

本方案中的桥梁受拉件振动频率测量系统，包括相连接的：

图像采集装置，用于采集受拉件动态图像；

图像处理装置，用于计算所述受拉件动态图像中受拉件的振动频率。

所述的受拉件包括桥梁的拉索或吊杆。

图像采集装置采集得到受拉件的动态图像，图像处理装置通过对动态图像中受拉件的位移等信息进行分析，得到在采集周期内受拉件的振动频率，随后即可将所述振动频率用于桥梁拉索或吊杆等受拉件的张力测量计算。其间采用的连接包括有线或者无线的方式。

上述技术方案的特点是：能够远距离的进行受拉件的振动检测，而且在检测工作的前后无需过多的准备工作，只需将图像采集装置对准待检测的受拉件采集图像即可。而且本方案均采用现有的成熟设备，设备成本也不高，经济性较佳。

进一步，图像采集装置为线阵相机。线阵相机扫描行的坐标由光栅提供，高精度的光栅尺的示值精度可高于面阵CCD像元间距的制造精度，从这个意义上讲，线阵CCD获取的图像在扫描方向上的精度可高于面阵CCD图像。当然，普通的面阵摄像机也可以满足本方案的需要。

进一步，线阵相机设于自动调节支架上，自动调节支架设有调整其姿态的支架控制器，线阵相机旁还设有用于采集拉索空间姿态图像的摄像头，摄像头与图像处理装置电连接，图像处理装置与支架控制器电连接。摄像头与支架控制器采集受拉件的图像，然后图像处理装置分析得到受拉件的角度，由于摄像头是设置在线阵相机旁的（距离很近），则摄像头观测到的受拉件角度即基本等于线阵相机作为观测点得到的受拉件角度。然后支架控制器根据受拉件角度控制自动调节支架，使线阵相机的线阵方向（像素长度排列方向）垂直于受拉件方向，保证线阵相机可以以最优的角度采集受拉件的振动图像，这个过程可以通过图像处理装置来进行控制。自动调节支架可以选用包括机械手和云台在内的各种设备。

进一步，多组检测单元设于移动载体上，每组检测单元包括所述的相连接的线阵相机、自动调节支架、支架控制器和摄像头。移动载体可以是车、船、飞行器等各种载体。摄像头可以用于跟踪受拉件的方位及角度，保证与其同组的线阵相机在自动调节支架的控制下可以正对目标受拉件，且保证较优的振动图像采集角度。本方案可以同时对多根受拉件进行检测，例如移动载体为车辆，车辆经过大桥后其上的不同检测单元分别对不同的受拉件进行检测，同时，还可以调用两组以上的检测单元对一根受拉件进行检测，根据两组检测单元对同一对象受拉件作出的检测结果进行综合分析，以得到更加准确的检测数据。当然，单使用一组检测单元对一根受拉件进行检测也是可行的，其获取数据的准确性完全能够满足实际的需要。

进一步，自动调节支架上设有用于检测自身振动的陀螺仪，陀螺仪与支架控制器连接。支架控制器可以根据陀螺仪送来的支架自身抖动的数据，动态调整支架的姿态，或补偿受拉件的振动图像，避免设备自身抖动给采集过程带来的不良影响，提高了检测精度。

本发明还提供桥梁受拉件振动频率测量方法，以实现高效的受拉件振动频率检测。

本方案中的桥梁受拉件振动频率测量方法，包括下述步骤：

采集受拉件连续图像；

根据所述采集图像判断受拉件的振动次数；

根据受拉件在单位时间内的振动次数得出其振动频率。

受拉件的振动次数是通过图像处理技术进行的，在此步骤中是进行图像处理分析工作，在图像处理分析完成后，可以在另一步骤进行相关数据的计算，即振动频率的计算。采集频率需大于受拉件通常振动频率所在的范围，以保证图像较真实的反应出受拉件的振动情况。此方案能够远距离的进行受拉件的振动检测，而且在检测工作的前后无需过多的准备工作，工作效率较高。

进一步，在同一移动载体上使用多套采集设备同时对多根受拉件进行图像采集，采集的过程中根据采集设备的位移动态调整采集设备姿态，使采集设备以固定的角度朝向采集对象受拉件，在采集设备远离其采集对象受拉件后，将另一接近的受拉件作为新的采集对象。采集设备可以采用本申请中揭示的技术方案。所述的“远离”和“接近”可以根据采集设备的采集距离进行设置。本方案可以提高整个检测工作的效率，能连续的对一座桥梁的所有受拉件进行动态的依次检测。

附图说明

图1为本发明实施例中检测单元的结构示意图。

图2为本发明实施例中检测车对桥梁拉索进行检测的俯视示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：固定座1、机械手2、线阵相机3、摄像头4、检测车5、检测单元6、拉索7。

实施例中检测单元的结构基本如附图1所示：其包括一固定座1，固定座中安装有计算机和电源，固定座的上方安装有可360°运动的机械手2，机械手的上方安装有线阵相机3和摄像头4，线阵相机和摄像头的镜头临近且方向一致。机械手内的控制器、线阵相机和摄像头均与固定座中的计算机电缆连接。机械手可以驱动线阵相机和摄像头进行三维空间姿态调整，线阵相机中安装有陀螺仪，线阵相机和摄像头的镜头均具有防抖动功能，机械手也可以根据陀螺仪发出的抖动信息主动动作以防抖动。计算机可以根据线阵相机的数据计算拉索的振动频率，也可以根据摄像头送来的数据计算拉索的位置与角度，并同步控制机械手使镜头与拉索保持同步对应，使之在采集图像的过程中避免抖动。线阵相机的图像采集频率可选用0.01赫兹以上的，可以根据拉索不同的振动频率选用合适的设备。在受拉件较短的情况下，其振动频率会很高，可能需要1kHz以上的图像采集频率，但一般不会超过10kHz。上述机械手也可以使用全向云台替代并实现基本一致的功能。

如图2所示，检测车5正行驶在桥面上，桥面的右方有三根拉索7（前后更多的拉索未在图中示出），从上至下依次称之为一号拉索、二号拉索和三号拉索。检测车的车体上方安装有四组检测单元6，从上至下依次称之为一号检测单元、二号检测单元、三号检测单元和四号检测单元。四组检测单元两两配合工作，一、二号检测单元共同对二号拉索进行检测，三、四号检测单元共同对三号拉索进行检测，在此过程中检测车持续前进，当三号拉索脱离三、四号检测单元的检测距离时，三、四号检测单元转向检测车前方，开始对进入检测范围的一号拉索进行检测。检测车中设有主机以收集存储各检测单元的检测数据，并计算得到各拉索索力。

上述方案中关于如何通过图像得出拉索的振动频率；或者如何通过拉索的振动频率进行拉索的计算拉索索力，均为所属领域普通技术人员的现有技术，在此不再赘述。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.桥梁受拉件振动频率测量系统，其特征在于，包括相连接的：

图像采集装置，用于采集受拉件动态图像；

图像处理装置，用于计算所述受拉件动态图像中受拉件的振动频率。

2.根据权利要求1所述的桥梁受拉件振动频率测量系统，其特征在于：图像采集装置为线阵相机。

3.根据权利要求2所述的桥梁受拉件振动频率测量系统，其特征在于：线阵相机设于自动调节支架上，自动调节支架设有调整其姿态的支架控制器，线阵相机旁还设有用于采集拉索空间姿态图像的摄像头，摄像头与图像处理装置电连接，图像处理装置与支架控制器电连接。

4.根据权利要求3所述的桥梁受拉件振动频率测量系统，其特征在于：多组检测单元设于移动载体上，每组检测单元包括所述的相连接的线阵相机、自动调节支架、支架控制器和摄像头。

5.根据权利要求3所述的桥梁受拉件振动频率测量系统，其特征在于：自动调节支架上设有用于检测自身振动的陀螺仪，陀螺仪与支架控制器连接。

6.桥梁受拉件振动频率测量方法，其特征在于包括下述步骤：

采集拉索连续图像；

根据所述采集图像判断拉索的振动次数；

根据拉索在单位时间内的振动次数得出其振动频率。

7.根据权利要求6所述的桥梁受拉件振动频率测量方法，其特征在于：在同一移动载体上使用多套采集设备同时对多根拉索进行图像采集，采集的过程中根据采集设备的位移动态调整采集设备姿态，使采集设备以固定的角度朝向采集对象拉索，在采集设备远离其采集对象拉索后，将另一接近的拉索作为新的采集对象。