CN105571506A - 用于地形测量中测量测桥挠度的装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明的用于地形测量中测量测桥挠度的装置包括：激光器、矩形成像板、摄像机、测量小车、工控机和测距器，激光器被装在测桥的一端，测量小车上装有固定高度H和宽度W的矩形成像板和摄像机，摄像机装在矩形成像板和激光器之间，该激光器正对矩形成像板，该激光器发射出的一条水平线光束打到矩形成像板上，摄像机面对着矩形成像板，矩形成像板位于摄像机的视野范围内，测距器用于测量测量小车的横向位置，测距器和摄像机分别与工控机电连接；在本发明的方法使用图像处理的方法,通过实时测量测桥的位置,从而实时地测量出测桥挠度。

Description

用于地形测量中测量测桥挠度的装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及了一种用于地形测量中测量测桥挠度的装置及其测量方法。

背景技术

在地形测量中,由于地形长度较大,因此需要把测量设备放到测桥上,测量一段完毕后,控制测量设备沿测桥移动某一段距离,再进行下一段的测量,由于测桥形状属于细长型,因此在测量设备移动到不同的位置,测桥会发生不同弧度的形变,该形变直接影响了地形测量的精度,因此必须要实时测量测桥的挠度。平面弯曲时，梁的轴线将变为一条在梁的纵对称面内的平面曲线，该曲线称为梁的挠曲线。

发明内容

本申请的发明目的在于提供一种在测量地形时,利用图像处理的方法,实时测量测桥距离某一水平线的高度,从而实现对测桥挠度的测量。

为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：

本申请的一种用于地形测量中测量测桥挠度的装置，它包括：激光器、矩形成像板、摄像机、测量小车、工控机和测距器，其中：激光器被装在测桥的一端，测量小车上装有固定高度H和宽度W的矩形成像板和摄像机，摄像机装在矩形成像板和激光器之间，该激光器正对矩形成像板,该激光器发射出的一条水平线光束打到矩形成像板上，摄像机面对着矩形成像板,矩形成像板位于摄像机的视野范围内，测距器用于测量测量小车的横向位置，测距器和摄像机分别与工控机电连接；

本申请的一种用于地形测量中测量测桥挠度的装置，其中：所述的测距器为编码器或激光测距器；

本申请的一种用于地形测量中测量测桥挠度的装置，其中：所述编码器装在测量小车上；

本申请的一种用于地形测量中测量测桥挠度的装置，其中：所述激光测距器被固定在侧桥的另一端上；

本申请的一种用于地形测量中测量测桥挠度的装置来测量测桥挠度方法，它包括以下步骤：

（I）当测量小车在测桥的行进过程中，打开激光器和测距激光器，使激光器发射出来的一条水平线光束打到矩形成像板,摄像机拍摄装在测量小车上的矩形成像板，得到图片，图片上的四边形框与高度H和宽度W的矩形成像板相对应，摄像机将所述图片传递给工控机；同时，测距激光器测量出测量小车的横向位置，并将其传递给工控机；

（II）工控机根据矩形成像板和图片中的四边形框对应点的坐标，计算出水平线光束与矩形成像板底边之间的距离，即得到测量小车的纵向位置，该纵向位置与测量小车初始纵向位置的差，即是测量小车在该处测桥上的纵向位置；根据测量小车该处的横向位置和初始横向位置的差，工控机计算得到测量小车在该处测桥上的横向位置；

(III)重复步骤（I）和步骤(II)，得到测量小车在测桥上各个点的横向位置和纵向位置；画出测桥挠度的图形。

本申请的一种用于地形测量中测量测桥挠度的装置来测量测桥挠度方法，其中：在上述步骤（II）中，工控机分别从矩形成像板和四边形框中取出至少三个顶点的相应坐标，然后根据公式：

其中：X,Y为对应于矩形成像板上的点坐标，X’,Y’对应于四边形框上的点坐标，计算出公式中的M1、M2、M3、M4、b1和b2六个参数，再根据图片中四边形框的水平线光束的E’点和F’点的坐标值，利用上述公式得到矩形成像板上的E点和F点的坐标值，然后分别计算出矩形成像板上的E点与B点之间的距离和F点与C点之间的距离，将上述两个距离之和除以2，即得到测量小车的纵向位置；在矩形成像板中，以矩形成像板的宽度为矩形成像板横向坐标，以矩形成像板的长度为矩形成像板纵向坐标，以矩形成像板的其中一个顶点为坐标原点；在图片中，以图片的宽度为图片横向坐标，以图片的长度为图片纵向坐标，以图片的顶点为坐标原点。

本申请的一种用于地形测量中测量测桥挠度的装置来测量测桥挠度方法，其中：当测距器为编码器时，编码器测量出测量小车的横向位置，并将其传递给工控机，工控机根据测量小车初始的横向位置和行进中测量小车的横向位置，算出测量小车在测桥上的横向位置；

本申请的一种用于地形测量中测量测桥挠度的装置来测量测桥挠度方法，其中：当测距器为激光测距器时，激光测距器测量出测量小车的横向位置，并将其传递给工控机，工控机根据测量小车初始的横向位置和行进中测量小车的横向位置，算出测量小车在测桥上的横向位置；

本申请的一种用于地形测量中测量测桥挠度的装置来测量测桥挠度方法，其中：打在图片上的水平线光束是一条具有一定宽度的带状区域，取该带状区域的中心与四边形框的交点作为水平线光束的的E’点和F’点坐标。

在本发明的装置和方法使用图像处理的方法,通过实时测量测桥的位置,从而实时地测量出测桥挠度，可以精确地测量出地形。

附图说明

图1为本发明的用于地形测量中测量测桥挠度的装置示意图，在图中，测量小车处于初始状态，即测量小车没有在测桥上；

图2为本发明的用于地形测量中测量测桥挠度的装置示意图，在图中，测量小车处于行进状态，即测量小车行进在测桥上；

图3为矩形成像板的示意图；

图4为拍摄出图片的示意图。

在图1至图4中，标号1为激光器；标号2为矩形成像板；标号3为摄像机；标号4为测量小车；标号5为测桥；标号6为水平线光束；标号7图片；标号8为编码器；标号9为；标号10为工控机；标号11为激光测距器。

在图1和图2中，画出了工控机10分别与编码器8和激光测距器11相连，实际上，工控机10与编码器8相连，或者工控机10和激光测距器11相连，为了节约起见，将两幅图合为一副图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的用于地形测量中测量测桥挠度的装置包括：激光器1、矩形成像板2、摄像机3、测量小车4、工控机10和测距器，激光器1被装在测桥5的一端，测量小车4上装有固定高度H和宽度W的矩形成像板2和摄像机3，摄像机3装在矩形成像板2和激光器1之间，该激光器1发射出的一条水平线光束6打到矩形成像板2上，如图3所示，水平线光束6与矩形成像板2的矩形上下两条边平行，摄像机3正对着矩形成像板2,矩形成像板2位于摄像机3的视野范围内，测距器用于测量测量小车4的横向位置，测距器为编码器8或激光测距器11，编码器8装在测量小车4上，或者激光测距器11被固定在侧桥5的另一端上，测距器和摄像机3分别与工控机10电连接。

本发明的用于地形测量中测量测桥挠度的装置来测量测桥挠度方法，它包括以下步骤：

（I）当测量小车4在测桥5的行进过程中，打开激光器1和测距激光器，使激光器1发射出来的一条水平线光束6打到矩形成像板2,摄像机3拍摄装在测量小车4上的矩形成像板2，得到图片7，图片7上的四边形框9与高度H和宽度W的矩形成像板2相对应，摄像机3将所述图片7传递给工控机10；同时，编码器8或者激光测距器11测量出测量小车4的横向位置，并将其传递给工控机10；

（II）工控机10分别从矩形成像板2和四边形框9中取出三个或四个顶点的相应坐标，例如图3的A、B、C和D与图4的A’、B’、C’和D’四个相应点的坐标，根据公式：

其中：X,Y为对应于矩形成像板2上的点坐标，X’,Y’对应于四边形框9上的点坐标，计算出公式中的M1、M2、M3、M4、b1和b2六个参数，再根据图4中图片7中四边形框9的水平线光束6的E’点和F’点的坐标值，打在图片7上的水平线光束6是一条具有一定宽度的带状区域，取该带状区域的中心与四边形框9的交点作为水平线光束6的的E’点和F’点坐标值，利用上述公式得到图3中的矩形成像板2上的E点和F点的坐标值，然后分别计算出矩形成像板2上的E点与B点之间的距离和F点与C点之间的距离，将上述两个距离之和除以2，即得到测量小车4的纵向位置，该纵向位置与测量小车4初始纵向位置的差，即是测量小车4在该处测桥5上的纵向位置；在矩形成像板2中，以矩形成像板2的宽度为矩形成像板2横向坐标，以矩形成像板2的长度为矩形成像板2纵向坐标，以矩形成像板2的其中一个顶点为坐标原点；在图片7中，以图片7的宽度为图片7横向坐标，以图片7的长度为图片7纵向坐标，以图片7的顶点为坐标原点；

根据测量小车4该处的横向位置和初始横向位置的差，工控机10计算得到测量小车4在该处测桥5上的横向位置；

(III)重复步骤I和步骤(II)，得到测量小车4在测桥5上各个点的横向位置和纵向位置；画出测桥5挠度的图形。

本发明的方法是在忽略测桥5的自重，即不考虑测桥5的自重使测桥产生挠度的条件下，并且将测量小车视为刚体，不产生任何变形，测量小车的长度远远小于测桥的长度，和摄像机3相对于矩形成像板2是固定的条件下得到的。

上述实施方式说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，可以对上述实施方式进行任何修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (9)

1.一种用于地形测量中测量测桥挠度的装置，它包括：激光器（1）、矩形成像板（2）、摄像机（3）、测量小车（4）、工控机（10）和测距器，其特征在于：激光器（1）被装在测桥（5）的一端，测量小车（4）上装有固定高度H和宽度W的矩形成像板（2）和摄像机（3），摄像机（3）装在矩形成像板（2）和激光器（1）之间，该激光器正对矩形成像板（2）,激光器（1）发射出的一条水平线光束（6）打到矩形成像板（2）上，摄像机（3）面对着矩形成像板（2）,矩形成像板（2）位于摄像机（3）的视野范围内，测距器用于测量测量小车（4）的横向位置，测距器和摄像机（3）分别与工控机（10）电连接。

2.如权利要求1所述的用于地形测量中测量测桥挠度的装置，其特征在于：所述的测距器为编码器（8）或激光测距器（11）。

3.如权利要求2所述的用于地形测量中测量测桥挠度的装置，其特征在于：所述编码器（8）装在测量小车（4）上。

4.如权利要求2所述的用于地形测量中测量测桥挠度的装置，其特征在于：所述激光测距器（11）被固定在侧桥（5）的另一端上。

5.用权利要求3或4所述的用于地形测量中测量测桥挠度的装置来测量测桥挠度方法，它包括以下步骤：

（I）当测量小车（4）在测桥（5）的行进过程中，打开激光器（1）和测距激光器，使激光器（1）发射出来的一条水平线光束（6）打到矩形成像板（2）,摄像机（3）拍摄装在测量小车（4）上的矩形成像板（2），得到图片（7），图片（7）上的四边形框（9）与高度H和宽度W的矩形成像板（2）相对应，摄像机（3）将所述图片（7）传递给工控机（10）；同时，测距激光器测量出测量小车（4）的横向位置，并将其传递给工控机（10）；

（II）工控机（10）根据矩形成像板（2）和图片（7）中的四边形框（9）对应点的坐标，计算出水平线光束（6）与矩形成像板（2）底边之间的距离，即得到测量小车（4）的纵向位置，该纵向位置与测量小车（4）初始纵向位置的差，即是测量小车（4）在该处测桥（5）上的纵向位置；根据测量小车（4）该处的横向位置和初始横向位置的差，工控机（10）计算得到测量小车（4）在该处测桥（5）上的横向位置；

(III)重复步骤（I）和步骤(II)，得到测量小车（4）在测桥（5）上各个点的横向位置和纵向位置；画出测桥（5）挠度的图形。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：在上述步骤（II）中，工控机（10）分别从矩形成像板（2）和四边形框（9）中取出至少三个顶点的相应坐标，然后根据公式：

其中：X,Y为对应于矩形成像板（2）上的点坐标，X’,Y’对应于四边形框（9）上的点坐标，计算出公式中的M1、M2、M3、M4、b1和b2六个参数，再根据图片（7）中四边形框（9）的水平线光束（6）的E’点和F’点的坐标值，利用上述公式得到矩形成像板（2）上的E点和F点的坐标值，然后分别计算出矩形成像板（2）上的E点与B点之间的距离和F点与C点之间的距离，将上述两个距离之和除以2，即得到测量小车（4）的纵向位置；在矩形成像板（2）中，以矩形成像板（2）的宽度为矩形成像板（2）横向坐标，以矩形成像板（2）的长度为矩形成像板（2）纵向坐标，以矩形成像板（2）的其中一个顶点为坐标原点；在图片（7）中，以图片（7）的宽度为图片（7）横向坐标，以图片（7）的长度为图片（7）纵向坐标，以图片（7）的顶点为坐标原点。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：当测距器为编码器（8）时，编码器（8）测量出测量小车（4）的横向位置，并将其传递给工控机（10），工控机（10）根据测量小车初始的横向位置和行进中测量小车（4）的横向位置，算出测量小车（4）在测桥（5）上的横向位置。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于：当测距器为激光测距器（11）时，激光测距器（11）测量出测量小车（4）的横向位置，并将其传递给工控机（10），工控机（10）根据测量小车（4）初始的横向位置和行进中测量小车（4）的横向位置，算出测量小车（4）在测桥（5）上的横向位置。

9.如权利要求5所述的方法，其特征在于：打在图片（7）上的水平线光束（6）是一条具有一定宽度的带状区域，取该带状区域的中心与四边形框（9）的交点作为水平线光束（6）的的E’点和F’点坐标值。