CN110806257A - 一种基于移动平台的结构振动测量设备 - Google Patents

一种基于移动平台的结构振动测量设备 Download PDF

Info

Publication number
CN110806257A
CN110806257A CN201911008271.0A CN201911008271A CN110806257A CN 110806257 A CN110806257 A CN 110806257A CN 201911008271 A CN201911008271 A CN 201911008271A CN 110806257 A CN110806257 A CN 110806257A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aerial vehicle
unmanned aerial
platform
camera
structural vibration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911008271.0A
Other languages
English (en)
Inventor
何斌
桑宏锐
李刚
周艳敏
王志鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongji University
Original Assignee
Tongji University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tongji University filed Critical Tongji University
Priority to CN201911008271.0A priority Critical patent/CN110806257A/zh
Publication of CN110806257A publication Critical patent/CN110806257A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D27/00—Simultaneous control of variables covered by two or more of main groups G05D1/00 - G05D25/00
    • G05D27/02—Simultaneous control of variables covered by two or more of main groups G05D1/00 - G05D25/00 characterised by the use of electric means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于移动平台的结构振动测量设备，包括终端和服务端，终端包括无人机平台，以及搭载于无人机平台上的三轴相机云台和第一无线通信单元，三轴相机云台上安装有相机，服务端包括与第一无线通信单元通信的第二无线通信单元、用于控制无人机平台运动的无人机控制单元、用于根据相机拍摄的图像数据进行图像处理实时计算振动测量结果的计算单元，以及用于显示振动测量结果的数据显示单元。与现有技术相比，本发明具有扩展了视觉非接触式测量的实用性，灵活性等优点。

Description

一种基于移动平台的结构振动测量设备
技术领域
本发明涉及智能建造平台技术领域，尤其是涉及一种基于移动平台的结构振动测量设备。
背景技术
随着我国经济的快速发展，人民生活水平步入全面小康，基础建筑也达到新的高度，各种功能完善，外形美观的建筑、桥梁、管道等相继出现。这些设施通常有几十年或上百年的服役期，在此期间，建筑结构不可避免的会受到环境腐蚀、设备老化、超负荷运转等诸多因素而发生不同程度的损伤。一旦其出现故障，将会对国民经济、社会稳定、人民安全等产生严重影响，极端情况甚至引发不可估量的巨大灾难。
基础设施的安全使用和安全事故的预防对于保障设施正常运转和提高人民群众的安全感，规避经济损失有重大意义。然而，大多数基础设施都是通过视觉评估方法，检查员根据自己触觉和听觉评级结构健康状态。这种定性的方法不利于跟踪结构随时间变化的状况。
基于视觉的非接触式结构健康监测采用定量评估的方法，持续跟踪结构健康状况，能够及时发现故障有助于结构的保养和维修。但是随着现代设施水平的提高，结构逐渐复杂，组成部件更加紧密，结构健康监测需要检测微小损坏或者故障，避免部件间连锁反应带来的灾难性后果。视觉测量方法虽具有测量范围宽，多点测量等许多优点，但难以满足多角度，无支撑测量，特殊大型结构(跨海大桥等)全方位检测的要求，灵活性、移动性较差。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于移动平台的结构振动测量设备。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于移动平台的结构振动测量设备，包括终端和服务端，所述终端包括无人机平台，以及搭载于无人机平台上的三轴相机云台和第一无线通信单元，所述三轴相机云台上安装有相机，所述服务端包括与第一无线通信单元通信的第二无线通信单元、用于控制无人机平台运动的无人机控制单元、用于根据相机拍摄的图像数据进行图像处理实时计算振动测量结果的计算单元，以及用于显示振动测量结果的数据显示单元。
所述计算单元包括用于控制第二无线通信单元和数据显示单元的第一处理器，以及用于运行图像处理程序的第二处理器，所述第二处理器为DSP处理器，该第二处理器运行图像处理程序时实现以下步骤：
空域分析，用于进行图像分割、形态学处理、小波处理和多分辨率处理；
时域滤波，用于在时域对信号进行分解，独立于频率重建单个谐波，并且通过收敛标准控制精度；
频域计算，用于分析提取出的频率成分，计算频谱图、能量谱、功率谱、倒频谱。
所述第一处理器为ARM处理器。
所述无人机平台包括支撑和外观系统，以及设于支撑和外观系统上的动力系统和飞控单元，所述飞控单元与动力系统连接，所述动力系统包括电机、电子调速器、桨叶和电池。
所述相机的重量低于或等于无人机额定载荷的5％，且相机中集成有用于保证实时传输的稳定性的帧缓存器、用于指示相机拍摄状态的LED状态指示灯，以及提供色彩插值、伽玛校正和查找表功能的图像处理器。
所述终端和服务端通过移动通信网络或无线网络连接，所述无人机平台通过SDI或HDMI与相机连接，所述计算单元通过SDI或HDMI连接第二无线通信单元。
所述无人机平台上设有防碰撞导轮，该防碰撞导轮设于伸缩部分顶端的外壁处。
所述数据显示单元为触摸显示屏。
所述数据显示单元扫描频率至少为100Hz。
所述无人机平台上搭载有用于防撞用的距离传感器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)通过搭载于无人机平台的精巧视频采集传输装置，不仅可以实现非接触式，多点测量还可以实现全域、多尺度、多角度实时检测；减少以往定性测量的劳动力消耗，避免了接触式测量的质量效应和欠数据采集的缺点，扩展了视觉非接触式测量的实用性，灵活性。
2)图像处理程序通过空域处理和时域滤波和频域计算的手段，提高了准确性，可以实现移动状态下进行振动测量。
3)相机的重量低于或等于无人机额定载荷的5％，灵活性高，无人机平台通过SDI或HDMI与相机连接，可以实现高清信号的传输，并且相机中集成有用于保证实时传输的稳定性的帧缓存器、用于指示相机拍摄状态的LED状态指示灯，以及提供色彩插值、伽玛校正和查找表功能的图像处理器，进一步提高了采集图像的质量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明实施例的算法流程图；
其中：1、终端，2、服务端，11、无人机平台，12、第一无线通信单元，13、三轴相机云台，14、相机，21、第二无线通信单元，22、无人机控制单元，23、计算单元，24、数据显示单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种基于移动平台的结构振动测量设备，如图1所示，包括终端1和服务端2，终端1包括无人机平台11，以及搭载于无人机平台11上的三轴相机云台13和第一无线通信单元12，三轴相机云台13上安装有相机14，服务端2包括与第一无线通信单元12通信的第二无线通信单元21、用于控制无人机平台11运动的无人机控制单元22、用于根据相机14拍摄的图像数据进行图像处理实时计算振动测量结果的计算单元23，以及用于显示振动测量结果的数据显示单元24。
计算单元23包括用于控制第二无线通信单元21和数据显示单元24的第一处理器，以及用于运行图像处理程序的第二处理器，第二处理器为DSP处理器，如图2所示，该第二处理器运行图像处理程序时实现以下步骤：
空域分析，用于进行图像分割、形态学处理、小波处理和多分辨率处理；
时域滤波，用于在时域对信号进行分解，独立于频率重建单个谐波，并且通过收敛标准控制精度；
频域计算，用于分析提取出的频率成分，计算频谱图、能量谱、功率谱、倒频谱。
第一处理器为ARM处理器，ARM提供丰富的标准化、通用化外围接口。
无人机平台11包括支撑和外观系统，以及设于支撑和外观系统上的动力系统和飞控单元，飞控单元与动力系统连接，动力系统包括电机、电子调速器、桨叶和电池。无人机平台11用于提供采集平台的高可用性，高实用性和出色的移动性能。其中，支撑和外观系统是指无人机的轻质承载平台。采用3D打印技术保证轻量级机架的坚固程度和方便程度。动力系统包括电机、电子调速器、桨叶、电池，保证移动平台的运动能力和续航能力。
三轴相机云台13用于提供稳定的相机14采集支撑平台。三轴相机云台13搭载于无人机平台11上，它可以扩大摄像机的监视范围。云台姿态是由两台执行电机来实现，电机接受来自飞控控制信号精确地运行定位。在飞控控制信号的作用下，云台上的相机14既可自动扫描监视区域，也可在后台交互端由测量人员操纵下跟踪监视对象。
三轴相机云台13是电子云台，具有可以根据相机14拍摄内容自动扫描监视区域，也可在服务端2由测量人员操纵下跟踪监视对象。调整云台的X,Y,Z三轴的角度可以实现全域的宽范围采集。
相机14采用超紧凑的迷你相机14，重量低于或等于无人机额定载荷的5％，外形尺寸于无人机平台11载物空间和三轴相机云台13匹配，每小时功耗正比电池额定容量的80％。相机14的设计充分考虑到最大限度地提高性能和可靠性，且相机14中集成有用于保证实时传输的稳定性的帧缓存器、用于指示相机14拍摄状态的LED状态指示灯，以及提供色彩插值、伽玛校正和查找表功能的图像处理器。
终端1部分使用基于高性能的视频处理引擎，采用小型化轻量型的规格。终端1和服务端2通过移动通信网络或无线网络连接，无人机平台11通过SDI或HDMI与相机14连接，并允许现场视频或本地文件实时编码、解码，并且包含高速本地存储部分，保证超远距离的长时间采集功能。服务端2使用无线传输单元的高性能的视频处理引擎实时解码，并可直接通过SDI或HDMI连接到计算单元23。
无人机平台11上设有防碰撞导轮，该防碰撞导轮设于伸缩部分顶端的外壁处。
数据显示单元24为触摸显示屏。采用大规模可编程逻辑器件，保证结构严密，性能稳定，即插即用。并提供波形缓存、回显机制。扫描频率大于100Hz，且无闪烁情况。
无人机平台11上搭载有用于防撞用的距离传感器，在无人机上增加用于防撞目的的距离传感器反馈周围的障碍的信息，方便在特殊作业时做出自主的避障响应。
无人机控制单元22用于提供人机交互的平台，控制无人机的飞行姿态。可以通过外接移动终端1(PC、手机、手柄)等，在上位机控制，同时提供在数据显示平台的触摸屏上实现本地远程控制。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于移动平台的结构振动测量设备，其特征在于，包括终端和服务端，所述终端包括无人机平台，以及搭载于无人机平台上的三轴相机云台和第一无线通信单元，所述三轴相机云台上安装有相机，所述服务端包括与第一无线通信单元通信的第二无线通信单元、用于控制无人机平台运动的无人机控制单元、用于根据相机拍摄的图像数据进行图像处理实时计算振动测量结果的计算单元，以及用于显示振动测量结果的数据显示单元。
2.根据权利要求1所述的一种基于移动平台的结构振动测量设备，其特征在于，所述计算单元包括用于控制第二无线通信单元和数据显示单元的第一处理器，以及用于运行图像处理程序的第二处理器，所述第二处理器为DSP处理器，该第二处理器运行图像处理程序时实现以下步骤：
空域分析，用于进行图像分割、形态学处理、小波处理和多分辨率处理；
时域滤波，用于在时域对信号进行分解，独立于频率重建单个谐波，并且通过收敛标准控制精度；
频域计算，用于分析提取出的频率成分，计算频谱图、能量谱、功率谱、倒频谱。
3.根据权利要求2所述的一种基于移动平台的结构振动测量设备，其特征在于，所述第一处理器为ARM处理器。
4.根据权利要求1所述的一种基于移动平台的结构振动测量设备，其特征在于，所述无人机平台包括支撑和外观系统，以及设于支撑和外观系统上的动力系统和飞控单元，所述飞控单元与动力系统连接，所述动力系统包括电机、电子调速器、桨叶和电池。
5.根据权利要求1所述的一种基于移动平台的结构振动测量设备，其特征在于，所述相机的重量低于或等于无人机额定载荷的5％，且相机中集成有用于保证实时传输的稳定性的帧缓存器、用于指示相机拍摄状态的LED状态指示灯，以及提供色彩插值、伽玛校正和查找表功能的图像处理器。
6.根据权利要求1所述的一种基于移动平台的结构振动测量设备，其特征在于，所述终端和服务端通过移动通信网络或无线网络连接，所述无人机平台通过SDI或HDMI与相机连接，所述计算单元通过SDI或HDMI连接第二无线通信单元。
7.根据权利要求1所述的一种基于移动平台的结构振动测量设备，其特征在于，所述无人机平台上设有防碰撞导轮，该防碰撞导轮设于伸缩部分顶端的外壁处。
8.根据权利要求1所述的一种基于移动平台的结构振动测量设备，其特征在于，所述数据显示单元为触摸显示屏。
9.根据权利要求1所述的一种基于移动平台的结构振动测量设备，其特征在于，所述数据显示单元扫描频率至少为100Hz。
10.根据权利要求1所述的一种基于移动平台的结构振动测量设备，其特征在于，所述无人机平台上搭载有用于防撞用的距离传感器。
CN201911008271.0A 2019-10-22 2019-10-22 一种基于移动平台的结构振动测量设备 Pending CN110806257A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911008271.0A CN110806257A (zh) 2019-10-22 2019-10-22 一种基于移动平台的结构振动测量设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911008271.0A CN110806257A (zh) 2019-10-22 2019-10-22 一种基于移动平台的结构振动测量设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110806257A true CN110806257A (zh) 2020-02-18

Family

ID=69488995

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911008271.0A Pending CN110806257A (zh) 2019-10-22 2019-10-22 一种基于移动平台的结构振动测量设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110806257A (zh)

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130268154A1 (en) * 2011-11-21 2013-10-10 Eurocopter Deutschland Gmbh Detection system for detection of damages on rotating components of components of aircraft and method of operating such a detection system
CN105067245A (zh) * 2015-08-11 2015-11-18 招商局重庆交通科研设计院有限公司 桥梁受拉件振动频率测量方法和系统
CN105334347A (zh) * 2015-11-20 2016-02-17 中国计量学院 一种基于无人机的粒子图像测速检测系统及方法
CN106527475A (zh) * 2016-10-28 2017-03-22 中国电力科学研究院 一种配网巡检无人机及其巡检方法
CN106872011A (zh) * 2015-12-10 2017-06-20 空中客车防卫和太空有限责任公司 用于高速视频振动分析的模块化设备
CN107832564A (zh) * 2017-12-05 2018-03-23 河海大学 一种基于pzt振测信号的泄流结构bim损伤识别信息系统
CN108122248A (zh) * 2018-01-15 2018-06-05 武汉大学 基于视频测量的大坝自振频率识别方法
CN108390645A (zh) * 2018-02-11 2018-08-10 同济大学 基于无人机和热成像技术的光伏板故障定位方法
JP2018128279A (ja) * 2017-02-06 2018-08-16 公益財団法人鉄道総合技術研究所 弾性波計測システム
CN108646786A (zh) * 2018-07-24 2018-10-12 上海伯镭智能科技有限公司 一种基于多轴无人机的机械设备巡检系统及其方法
CN108945536A (zh) * 2018-07-24 2018-12-07 浙江大学 一种基于旋翼飞行器的交会对接实验平台
CN110220585A (zh) * 2019-06-20 2019-09-10 广东工业大学 一种桥梁振动测试方法及相关装置

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130268154A1 (en) * 2011-11-21 2013-10-10 Eurocopter Deutschland Gmbh Detection system for detection of damages on rotating components of components of aircraft and method of operating such a detection system
CN105067245A (zh) * 2015-08-11 2015-11-18 招商局重庆交通科研设计院有限公司 桥梁受拉件振动频率测量方法和系统
CN105334347A (zh) * 2015-11-20 2016-02-17 中国计量学院 一种基于无人机的粒子图像测速检测系统及方法
CN106872011A (zh) * 2015-12-10 2017-06-20 空中客车防卫和太空有限责任公司 用于高速视频振动分析的模块化设备
CN106527475A (zh) * 2016-10-28 2017-03-22 中国电力科学研究院 一种配网巡检无人机及其巡检方法
JP2018128279A (ja) * 2017-02-06 2018-08-16 公益財団法人鉄道総合技術研究所 弾性波計測システム
CN107832564A (zh) * 2017-12-05 2018-03-23 河海大学 一种基于pzt振测信号的泄流结构bim损伤识别信息系统
CN108122248A (zh) * 2018-01-15 2018-06-05 武汉大学 基于视频测量的大坝自振频率识别方法
CN108390645A (zh) * 2018-02-11 2018-08-10 同济大学 基于无人机和热成像技术的光伏板故障定位方法
CN108646786A (zh) * 2018-07-24 2018-10-12 上海伯镭智能科技有限公司 一种基于多轴无人机的机械设备巡检系统及其方法
CN108945536A (zh) * 2018-07-24 2018-12-07 浙江大学 一种基于旋翼飞行器的交会对接实验平台
CN110220585A (zh) * 2019-06-20 2019-09-10 广东工业大学 一种桥梁振动测试方法及相关装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨金钊: ""基于相位的视频振动分析技研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *
王洪涛 等: ""某钢结构夹层考虑振动舒适度的设计及动力测试评估"", 《工业建筑》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN205193562U (zh) 一种基于以太网交换总线的无人机飞行控制系统
CN110047241A (zh) 一种森林火灾无人机巡航监控系统
CN104977912A (zh) 一种基于以太网交换总线的无人机飞行控制系统及方法
CN103175789A (zh) 基于多旋翼无人机的水质高光谱航空遥感系统
CN201674162U (zh) 一种电力巡线直升机
CN105067484A (zh) 基于无人机的输电线路复合绝缘子憎水性带电测试装置
CN102097860A (zh) 一种变电站安全检测的智能机器人巡检系统
CN105334347B (zh) 一种基于无人机的粒子图像测速检测系统及方法
CN206532142U (zh) 一种基于视觉的旋翼无人机稳定跟踪移动目标的控制系统
CN207091986U (zh) 一种机场跑道异物检测及清理系统
CN203405734U (zh) 四旋翼航拍定位无人飞行器
CN104570764A (zh) 一种机载目标指示系统验证平台
CN207155816U (zh) 一种基于智能发电站的机器人巡检系统
CN205212291U (zh) 一种用于变电站电力设备巡检的机器人
CN110608716A (zh) 一种基于slam的变电站检修安全距离监控方法
CN104316942A (zh) 一种船载光电跟踪取证系统
CN204944984U (zh) 基于无人机的输电线路复合绝缘子憎水性带电测试装置
CN201975857U (zh) 一种变电站安全检测的智能机器人巡检系统
CN209764852U (zh) 一种便携式无人水面移动水质监测装置
CN208358788U (zh) 一种调度自动化机房自动巡检机器人装置
CN110806257A (zh) 一种基于移动平台的结构振动测量设备
CN111531560B (zh) 应用于变电站室内外环境中的巡检机器人
CN110854998B (zh) 一种变电所无人值守巡检系统
CN205499399U (zh) 一种无人机紫外成像仪装置
CN205384515U (zh) 一种基于无人机平台的林火监测和智能识别系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200218

RJ01 Rejection of invention patent application after publication