CN108444392A - 一种监测隔震层结构位移的方法及非接触式传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种监测隔震层结构位移的方法，属于土木工程测量领域，方法为：在隔震层上部设置标志物，通过对隔震层上部标志物相对于隔震层下部的位移变化图像进行采集并加以识别，以实现对隔震层上部结构相对于隔震层下部结构位移变化情况的实时监测。本发明还提出了实现上述方法的非接触式传感器可对隔震层结构的位移进行实时定量的监测，且构件简单，易于安装，使用寿命长。

Description

一种监测隔震层结构位移的方法及非接触式传感器

技术领域

本发明属于土木工程测量领域，涉及监测隔震层结构位移的方法及实现该方法的非接触式传感器。

背景技术

根据传感器工作时与被测物体接触与否，传感器可分为接触式传感器和非接触式传感器。目前主要应用于土木工程领域的是接触式传感器，比如常用的导杆型或拉线型位移传感器等。非接触式传感器主要包含有光学传感器和电磁传感器等多种。光学传感器主要通过光学成像来测量物体的位移；电磁传感器主要通过磁电转换来测量物体的位移。

在土木工程领域，隔震技术是指通过在建筑物的底层与基层之间设置由隔震支座(有时另加阻尼器))构成的隔震层，割断地震波向上部结构的传递，以减小建筑物的对地震反应。隔震层位移是隔震层响应的重要监测指标，现有技术中通常采用放置钢针记录轨迹的手段来实现对隔震层位移的监控，然而这种监控手段不能提供定量结果，也不具有时间维度信息，因此无法得出地震发生某一时刻隔震层的位移。另外，其他接触式传感器在耐久性和实时性上也有一定的限制。因此，需要研究出新型非接触式传感器克服以上不足，以满足结构隔震层位移监测的对测量范围适中、测量精度高、使用寿命长、稳定性强的要求。

发明内容

本发明旨在提供一种监测隔震层结构位移的方法及非接触式传感器以克服上述不足。

为达到以上目的，本发明的解决方案是：

一种监测隔震层结构位移的方法，在隔震层上部设置标志物，通过对隔震层上部标志物相对于隔震层下部的位移变化图像进行采集并加以识别，以实现对隔震层上部结构相对于隔震层下部结构位移变化情况的实时监测。

在所述隔震层下部与所述标志物相对应的位置设置图像采集系统，对所述标志物相对于隔震层下部位移变化的图像进行采集；优选地，所述图像采集系统为CCD摄像机，所述CCD摄像机可通过自标定技术确定所采集到的图像上单位距离所代表的真实位移。

通过计算机视觉技术对所述标志物相对于隔震层下部的位移变化图像进行识别，记录图像中所述标志物的移动变化轨迹，计算出标志物中心点的坐标变化，实现对隔震层结构位移变化情况的实时监测。

对所述标志物及所述图像采集系统进行柔性防护，以避免外部光源及灰尘对图像采集产生的影响。

在所述隔震层上部设置不随隔震层上部移动的参照物，对所述标志物与该参照物之间相对位置移动变化的图像进行采集；优选地，所述参照物为设置在所述隔震层下部的激光发射装置在隔震层上部形成的激光点。

通过设置照明系统以形成良好的图像采集环境；优选地，所述照明系统为散射光源。

所述标志物的颜色与周围环境有明显区分，便于图像识别；

一种实现上述方法的非接触式传感器，包括标志物、图像采集系统、数据传送系统；

所述标志物设置在隔震层上部；所述图像采集系统设置在隔震层下部与所述标志物相对应的位置，对所述标志物的移动变化图像进行采集；所述数据传输系统将采集到的图像信息发送至用户端，以由用户端实现对隔震层上部结构相对于隔震层下部结构位移变化情况的实时监测。

所述传感器还具有柔性防护外壳，所述标志物，图像采集系统设置在所述柔性防护壳中，以提高对外界环境的抗干扰能力；优选地，所述柔性防护壳为不透光柔性材质。

所述数据传输系统通过所述图像采集系统上设置的信号发送端和用户端设置的信号接收端，实现图像信息的无线传输；

所述数据传输系统为连接在所述图像采集系统和所述用户端之间的数据传输线；

所述图像采集系统采用CCD摄像机，所述CCD摄像机可通过自标定技术确定所采集到的图像上单位距离所代表的真实位移；

所述传感器还包括激光指示器，所述激光指示器设置在位于隔震层下部所述图像采集系统的一侧，该激光指示器在隔震层上部形成作为参照对象的激光点，所述图像采集系统对所述标志物与激光点之间相对位置移动变化的图像进行采集。

所述传感器还包括信息存储装置，所述图像采集系统将采集到的图像信息发送至信息存储装置后，再由图像存储装置发送至用户端，以提高图像信息传输的抗干扰力。

所述传感器还包括照明系统以形成良好的图像采集环境；

所述照明系统为散射光源；所述照明系统可为所述图像采集系统自带光源。

所述标志物的颜色与周围环境有明显区分，便于图像的识别；

所述用户端利用计算机视觉技术对采集到图像中的标志物进行识别，并记录标志物的移动变化轨迹，计算出标志物中心点的坐标变化，实现对隔震层结构位移变化情况的实时监测。

由于采用了上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1.本发明通过采用非接触式传感器对隔震层结构的位移进行监测，图像采集系统与选取的标志物之间无接触，从而减少了之间的摩擦损耗，延长了传感器的使用寿命。

2.本发明采用CCD摄像机实时记录标志物的移动，利用摄像机的自标定技术和计算机视觉技术获得待测位置位移的实际情况，具有精度高、实时性等优点，另外，CCD摄像机具有灵敏度高、畸变小、体积小、寿命长、抗震动的优点，使得本发明所述非接触式传感器的耐久性和精度得以提高。

3.本发明通过设置不透光的柔性防护壳将标志物及图像采集系统与外界隔离，在满足在隔震层发生位移时所发生的最大变形量的同时，具有隔尘挡光的作用，是图像采集在良好的环境下进行，保证了所采集图像的精度，也延长了图像采集系统的寿命。

4.本发明在所述标志物旁设置激光点作为标志物移动的参照物，以便于CCD摄像机的自标定。

5.本发明所述非接触式传感器构件简单，易于安装，使用寿命长。

附图说明

图1为本发明实施例中非接触式传感器的结构原理示意图。

图2为本发明实施例中非接触式传感器在隔震层中的安装位置示意图。

图3为本发明实施例中非接触式传感器在隔震层中安装位置的放大示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明进一步加以详细说明。

如图1所示，本发明所述的一种非接触式传感器10，包括标志物1、图像采集系统、数据传送系统；所述标志物1设置在隔震层上部；所述图像采集系统设置在隔震层下部与所述标志物1相对应的位置，对所述标志物1的位移变化图像进行采集；所述数据传输系统将采集到的图像信息发送至用户端，所述用户端利用计算机视觉技术对所采集到图像中的标志物1进行识别，并记录标志物1的移动变化轨迹，计算出标志物1中心点的坐标变化，实现对隔震层结构位移变化情况的实时监测，以实现对隔震层上部结构相对于隔震层下部结构位移变化情况的实时监测，所述标志物1的颜色应与周围环境有明显区分，以便于图像的识别，本发明中所述的计算机视觉技术为现有技术，在此不再展开说明。

本实施例中所述图像采集系统采用CCD摄像机3，所述数据传输系统为连接在CCD摄像机3和所述用户端之间的数据传输线4，所述CCD摄像机3可通过自标定技术确定所采集到的图像上单位距离所代表的真实位移；在其他实施方式中，所述数据传输系统还可通过在CCD摄像机3上设置的信号发送端和用户端上设置的信号接收端，实现图像信息的无线传输；

本发明实施例中所述非接触式传感器10还包括信息存储装置5，所述CCD摄像机3将采集到的图像信息发送至信息存储装置5后，再由图像存储装置5发送至用户端，以提高图像信息传输的抗干扰力。

本发明实施例中所述非接触式传感器10还包括激光指示器7，所述激光指示器7设置在位于隔震层下部所述CCD摄像机3的一侧，该激光指示器1在隔震层上部形成作为参照对象的激光点，所述CCD摄像机3对所述标志物1与激光点之间相对位置移动变化的图像进行采集，在所述CCD摄像机的视野范围内，激光点作为所述标志物1移动的参照对象，便于所述CCD3摄像机的自标定，由所述CCD摄像机3采集到的图像通过数据传输线4传输至信息存储装置5，再由信息存储装置5传输至用户端，通过对比标志物1和所述激光指示器7形成的激光点之间的相对位置关系，利用CCD摄像3机的自标定技术，确定采集到的图像上标志物1与激光点之间单位距离所代表的真实位移，再利用计算机视觉技术，识别出图像中标志物1的移动轨迹，计算出标志物1中心点的坐标变化，转化成监测位置的位移。

本发明实施例中所述非接触式传感器10还包括照明系统，用以形成良好的图像采集环境；所述照明系统为散射光源；所述照明系统可为所述CCD相机3的自带光源，在本实施例中，所述照明系统为设置在所述CCD摄像机3两侧的照明灯源2。

所述非接触式传感器10还具有柔性防护外壳6，所述柔性防护壳为不透光柔性材质，将所述标志物1、照明灯源2、CCD相机3和激光指示器7都设置在所述柔性防护壳6中，所述柔性防护外壳6既能满足隔震层在最大变形下的使用要求，又能阻挡外部的光线和灰尘进入，保证了CCD摄像机3镜头的洁净，提高了所述传感器对外界环境的抗干扰能力。

本发明中监测隔震层结构位移的方法，通过上述非接触式传感器10来完成。

如图1、图2和图3所示，I本发明实施例中非接触式传感器10与隔震支座9在隔震层中安装位置的放大示意图，其中，建筑物的底层和基层之间设置隔震支座9以构成隔震层，将所述非接触式传感器10放置在隔震层中，所述标志物1设置在隔震层的上部(即建筑物底层的下部)，所述CCD摄像机3设置在隔震层的下部(即基层上)与所述标志物1相对应的位置，所述照明灯源2位于所述CCD摄像机3的两侧，所述激光指示器7设置在所述CCD摄像机3的一侧并在隔震层上部形成作为参照对象的激光点，所述标志物1、照明灯源2、CCD摄像机3和激光指示器7位于所述柔性防护壳7内。

本发明实施例中监测隔震层结构位移的方法为：通过设置在所述隔震层下部与所述标志物相对应位置的CCD摄像机3，对所述标志物1与激光点之间相对位置移动变化的图像进行采集，在所述CCD摄像机3的视野范围内，激光点作为所述标志物1运动的参照对象，可利于CCD摄像机3的自标定，由所述CCD摄像机3采集到的图像通过数据传输线4传输至信息存储装置5，再由信息存储装置5传输至用户端；在用户端通过对比标志物1和作为参照物的激光点之间的相对位置关系，利用CCD摄像机3的自标定技术，确定采集到的图像上标志物1与激光点之间单位距离所代表的真实位移，再利用计算机视觉技术，识别出图像中标志物1的运动轨迹，计算出标志物1中心点的坐标变化，转化成监测位置的位移，以实现对隔震层上部结构相对于隔震层下部结构位移变化情况的实时监测。

设置柔性防护壳7，对位于其中的所述标志物1、激光指示器7及CCD摄像机3进行柔性防护，可避免外部光源及灰尘对图像采集产生的影响，保持CCD摄像机3镜头的洁净，同时可发出散射光源的照明灯源2也位于所述柔性防护壳7，使得所述标志物1和作为参照对象的激光点处于强度适中的光照条件下，保证所述CCD摄像机3可以清晰地拍摄到所述标志物1和激光点，采集所述标志物1的相对运动。

在设置CCD摄像机3、照明灯源2和激光指示器7的过程中，应注意CCD摄像机3和标志物1之间的距离，应保证确保所采集的图像具有足够的清晰度且标志物1不会超出图像采集的范围；激光指示器7的安装位置，需保证其在隔震层上部形成的激光点不超过CCD摄像机3的图像采集范围；照明灯源2设置，应根据具体情况进行调节，与CCD摄像机3和标志物1之间保持合适距离，为图像采集提供良好的照明环境，本发明所述的非接触式传感器10可以达到最佳的监测效果。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种监测隔震层结构位移的方法，其特征在于：在隔震层上部设置标志物，通过对隔震层上部标志物相对于隔震层下部的位移变化图像进行采集并加以识别，以实现对隔震层上部结构相对于隔震层下部结构位移变化情况的实时监测。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述隔震层下部与所述标志物相对应的位置设置图像采集系统，对所述标志物相对于隔震层下部位移变化的图像进行采集；

优选地，所述图像采集系统为CCD摄像机，所述CCD摄像机可通过自标定技术确定所采集到的图像上单位距离所代表的真实位移。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：通过计算机视觉技术对所述标志物相对于隔震层下部的位移变化图像进行识别，记录图像中所述标志物的移动变化轨迹，计算出标志物中心点的坐标变化，实现对隔震层结构位移变化情况的实时监测。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：对所述标志物及图像采集系统进行柔性防护，以避免外部光源及灰尘对图像采集产生的影响；和/或，

在所述隔震层上部设置不随隔震层上部移动的参照物，对所述标志物与该参照物之间相对位置移动变化的图像进行采集；

优选地，所述参照物为设置在所述隔震层下部的激光发射装置在隔震层上部形成的激光点。

5.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于：设置照明系统以形成良好的图像采集环境；和/或，

所述标志物的颜色与周围环境有明显区分，便于图像识别；

优选地，所述照明系统为散射光源。

6.一种实现权利要求1至5中任一方法所述的非接触式传感器，其特征在于：包括标志物、图像采集系统、数据传送系统，

所述标志物设置在隔震层上部；

所述图像采集系统设置在隔震层下部与所述标志物相对应的位置，对所述标志物的移动变化图像进行采集；

所述数据传输系统将采集到的图像信息发送至用户端，以由用户端实现对隔震层上部结构相对于隔震层下部结构位移变化情况的实时监测。

7.如权利要求6所述的非接触式传感器，其特征在于：所述传感器还具有柔性防护外壳，所述标志物，图像采集系统设置在所述柔性防护壳中，以提高对外界环境的抗干扰能力；和/或，

所述数据传输系统通过所述图像采集系统上设置的信号发送端和用户端设置的信号接收端，实现图像信息的无线传输；和/或，

所述数据传输系统为连接在所述图像采集系统和所述用户端之间的数据传输线；

优选地，所述柔性防护壳为不透光柔性材质。

8.如权利要求6或7所述的非接触式传感器，其特征在于：所述图像采集系统采用CCD摄像机，所述CCD摄像机可通过自标定技术确定所采集到的图像上单位距离所代表的真实位移；和/或，

所述传感器还包括激光指示器，所述激光指示器设置在位于隔震层下部所述图像采集系统的一侧，该激光指示器在隔震层上部形成作为参照对象的激光点，所述图像采集系统对所述标志物与激光点之间相对位置移动变化的图像进行采集；和/或，

所述传感器还包括信息存储装置，所述图像采集系统将采集到的图像信息发送至信息存储装置后，再由图像存储装置发送至用户端，以提高图像信息传输的抗干扰力；和/或，

所述传感器还包括照明系统以形成良好的图像采集环境。

9.如权利要求8所述的非接触式传感器，其特征在于：所述照明系统为散射光源；和/或，

所述照明系统为所述图像采集系统自带光源；和/或，

所述标志物的颜色与周围环境有明显区分，便于图像的识别。

10.如权利要求6或7或8所述的非接触式传感器，其特征在于：所述用户端利用计算机视觉技术对所采集到图像中的标志物进行识别，并记录标志物的移动变化轨迹，计算出标志物中心点的坐标变化，实现对隔震层结构位移变化情况的实时监测。