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設(shè)備與工具無(wú)人機(jī)網(wǎng)(www.hldxsj.cn)數(shù)據(jù)中心援引國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的專利數(shù)據(jù)稱，發(fā)明授權(quán)專利：一種基于無(wú)人機(jī)的高鐵橋梁豎向動(dòng)擾度測(cè)量方法，授權(quán)公告日：2019.12.06，授權(quán)公告號(hào)：CN109855822B，申請(qǐng)?zhí)枺?019100316115，專利權(quán)人：中山大學(xué); 中南大學(xué)
在這份發(fā)明專利中，描述了一種基于無(wú)人機(jī)的高鐵橋梁豎向動(dòng)擾度測(cè)量方法，首先確定待測(cè)高鐵橋梁，在待測(cè)高鐵橋梁上布置測(cè)量點(diǎn)和兩個(gè)參考點(diǎn)。將具有相同的成像中心和成像分辨率的三臺(tái)相機(jī)安裝在無(wú)人機(jī)上，三臺(tái)相機(jī)分別能拍攝到測(cè)量點(diǎn)和兩個(gè)參考點(diǎn)，利用無(wú)人機(jī)上的三臺(tái)相機(jī)按照設(shè)定時(shí)間間隔同步對(duì)待測(cè)高鐵橋梁進(jìn)行拍攝成像，根據(jù)三臺(tái)相機(jī)拍攝得到的圖像計(jì)算待測(cè)高鐵橋梁豎向動(dòng)擾度。采用本發(fā)明提供的測(cè)量方法，能夠不受環(huán)境振動(dòng)影響，可實(shí)現(xiàn)靈活易操作的高鐵橋梁動(dòng)擾度高精度測(cè)量，且測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單高效。
基于視覺(jué)測(cè)量技術(shù)的高鐵橋梁動(dòng)位移測(cè)量需要在待測(cè)橋梁的附近架設(shè)配備長(zhǎng)焦鏡頭的相機(jī)，通過(guò)相機(jī)對(duì)橋梁待測(cè)部位成像，記錄待測(cè)部位不同時(shí)刻在圖像上的位置，再根據(jù)橋梁待測(cè)部位在圖像上的位置變化計(jì)算橋梁待測(cè)部位的實(shí)際位置變化，從而得到橋梁該部位的動(dòng)位移。待測(cè)部位可以是橋梁上的自然表面，也可以粘貼或固定特殊制作的光學(xué)標(biāo)志。
現(xiàn)有的機(jī)器視覺(jué)測(cè)量方式，需要對(duì)架設(shè)的相機(jī)進(jìn)行嚴(yán)格的標(biāo)定，以確定相機(jī)視場(chǎng)與待測(cè)目標(biāo)的相對(duì)位姿關(guān)系，保證得到待測(cè)點(diǎn)在豎直方向的位置變化。這樣的標(biāo)定通常是在地面上選擇若干絕對(duì)坐標(biāo)已知的控制點(diǎn)，通過(guò)控制點(diǎn)對(duì)相機(jī)的絕對(duì)位姿進(jìn)行標(biāo)定。
此外，相機(jī)成像時(shí)對(duì)環(huán)境要求很高，因?yàn)闇y(cè)量過(guò)程容易受到環(huán)境影響，致使最終測(cè)量精度不能滿足要求。例如，當(dāng)相機(jī)架設(shè)在公路近旁時(shí)，過(guò)往車輛引起的路面振動(dòng)會(huì)直接影響到相機(jī)的姿態(tài)穩(wěn)定，難以達(dá)到亞毫米量級(jí)的測(cè)量精度要求。
因此，研究一種對(duì)測(cè)量環(huán)境條件要求低，甚至能夠不受環(huán)境振動(dòng)影響，可實(shí)現(xiàn)高鐵橋梁動(dòng)擾度精度測(cè)量的方法是非常必要的。
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，該發(fā)明提供一種基于無(wú)人機(jī)的高鐵橋梁豎向動(dòng)擾度測(cè)量方法，該方法不受環(huán)境振動(dòng)影響，可實(shí)現(xiàn)靈活易操作的高鐵橋梁動(dòng)擾度高精度測(cè)量，且測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單高效。
為實(shí)現(xiàn)該發(fā)明的技術(shù)目的，采用以下技術(shù)方案：
一種基于無(wú)人機(jī)的高鐵橋梁豎向動(dòng)擾度測(cè)量方法，包括：
S1確定待測(cè)高鐵橋梁，在待測(cè)高鐵橋梁上布設(shè)左側(cè)參考、中間測(cè)量點(diǎn)以及右側(cè)參考點(diǎn)；
S2在無(wú)人機(jī)上設(shè)置三臺(tái)相機(jī)，三臺(tái)相機(jī)分別對(duì)應(yīng)拍攝待測(cè)高鐵橋梁上的左側(cè)參考點(diǎn)、中間測(cè)量點(diǎn)以及右側(cè)參考點(diǎn)；
S3利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行飛行測(cè)量；
控制無(wú)人機(jī)飛行到兩個(gè)參考間的中垂線上，無(wú)人機(jī)上的三臺(tái)相機(jī)分別對(duì)準(zhǔn)待測(cè)高鐵橋梁上標(biāo)記的左側(cè)參考點(diǎn)、中間測(cè)量點(diǎn)、右側(cè)參考點(diǎn)；三臺(tái)相機(jī)同步對(duì)待測(cè)高鐵橋梁拍攝成像；
S4計(jì)算待測(cè)高鐵橋梁豎向動(dòng)擾度；
根據(jù)三臺(tái)相機(jī)拍攝得到的圖像，分別計(jì)算得到世界坐標(biāo)系下中間測(cè)量點(diǎn)、左側(cè)參考點(diǎn)、右側(cè)參考點(diǎn)在豎起方向上的相對(duì)位移，進(jìn)而得到高鐵橋梁豎向動(dòng)擾度。
基于機(jī)器視覺(jué)的橋梁擾度相對(duì)測(cè)量示意圖
相機(jī)位置姿態(tài)變化引起圖像變化示意圖
根據(jù)參考對(duì)測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行修正并求圖像上的擾度的示意圖
無(wú)人機(jī)上三相機(jī)以及相機(jī)與待測(cè)高鐵橋梁的示意圖
無(wú)人機(jī)三相機(jī)視場(chǎng)測(cè)量橋梁跨中豎向動(dòng)位移的示意圖
無(wú)人機(jī)（相機(jī)）的正下視理想觀測(cè)位置
無(wú)人機(jī)與地面固定物以安全繩連接示意圖
2022-01-07 10:39
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