基於圖像處理的橋面撓度測量系統和方法與流程
2023-06-12 10:23:12 3
本發明涉及橋梁的檢測領域，尤其涉及一種基於圖像處理的橋面撓度測量系統和方法。
背景技術：
撓度是判斷橋梁承載力的重要因素之一，可以通過測量位移的方法來獲得橋梁的動撓度和靜撓度信息,目前測量橋梁撓度最好的方法為光學測量法。
我國現有的技術是通過雷射發射器和雷射接收處理裝置檢測橋梁的撓度信息，該技術的實施方法為：
將雷射發射裝置固定於待測橋梁的橋面上，由投影面板及攝像設備組成的接收裝置放置於橋墩或一固定位置處，雷射發射器對準接收處理裝置的投影面板。當待測橋梁承重時，會發生變形，此時雷射接收裝置的位置將會隨著橋體移動，因此投影面板上的雷射光斑也將同時發生位移，攝像設備通過攝取光斑信號並將信號輸入計算機進行處理從而得到橋梁撓度的信息。該測量方案優點在於雷射器保護簡單，且若雷射發射器受損，損失成本相比雷射檢測裝置成本較低。
但是此種測量方法中，由於雷射發射器和接收裝置距離較遠，所以通過這種方法測量撓度時，由於受梁體轉動的影響大，導致測得偏移位移產生較大誤差；且梁體變形時產生的傾斜或偏轉角度對於雷射接收器來說難以檢測，此時接收裝置收到的為雷射位移改變的信息，給測量結果帶來較大誤差；另一方面該測量方法中沒有對所獲取的雷射位置信息進行圖像處理的明確算法，不能獲得較為精確的光斑坐標，會導致撓度計算誤差；除此之外該測量裝置中雷射發射器上無調整裝置，開始測量時，對雷射器的校準只能人工校準，調整困難，存在較大誤差。
技術實現要素：
本發明的實施例提供了一種基於圖像處理的橋面撓度測量系統和方法，調校精準比較方便。
一種基於圖像處理的橋面撓度測量系統，包括：
雷射發射器、雷射接收器、微距調整平臺、計算機；
所述雷射接收器設置在待測橋跨的橋面指定位置處；
所述雷射發射器設置在所述微距調整平臺上，所述微距調整平臺設置在待測橋跨外的路橋過渡段或者橋梁伸縮縫外的除所述待測橋跨的其他橋跨的墩頂位置；
所述計算機分別和所述雷射接收器和所述微距調整平臺電信號連接；
所述計算機用於，接收所述圖像雷射接收器採集的來自所述雷射發射器的第一光斑信號，根據所述第一光斑信號對所述將微距調整平臺進行控制，以調整所述雷射發射器的位置，使所述雷射發射器的第一光斑信號的圖像打在所述雷射接收器的參考點上。
所述計算機還用於，接收所述圖像雷射接收器採集的來自所述雷射發射器的第二光斑信號，根據所述第二光斑信號確定第二雷射光斑的圖像所在的位置；根據所述第二雷射光斑的圖像所在的位置，計算所述第二光斑信號的圖像偏移參考點的角度和位移，從而得出橋面的撓度信息。
所述雷射接收器還用於，當車輛在橋上靜置預定時長時，在所述預定時長內採集來自所述雷射發射器的預定數量的第三光斑信號，並發送給所述計算機；
所述計算機還用於，根據所述第三光斑信號，獲取每一幅所述第三光斑信號的圖像的光斑位移，得到預定數量的圖像點；根據所述預定數量的圖像點，求得靜撓度值。
所述根據所述預定數量的圖像點，求得靜撓度值的步驟包括：
採用對所述預定數量的圖像點求平均的均值算法，求得靜撓度值；或者
採用將所述預定數量的圖像點按大小順序依次排列，取中間位置處的點作為靜撓度值的中值法，來求得靜撓度值。
所述雷射接收器還用於，採集第四光斑信號，並發送給所述計算機；
所述計算機還用於，對所述第四光斑信號進行二值處理；依次對二值處理後的所述第四光斑信號進行處理，計算得到所述第四光斑信號的圖像的中心位置；根據所述中心位置計算動撓度參量。
所述計算得到所述第四光斑信號的圖像的中心位置根據以下公式計算：
其中，(X,Y)為所述第四光斑信號的圖像的中心位置；N為所述第四光斑信號的圖像的所有像素總點數，(xi，yi)為所述第四光斑信號的圖像的所有像素點的坐標；
所述根據所述中心位置計算動撓度參量根據以下公式計算：
d＝Y-y0；
其中：d為動撓度參量，Y為所述第四光斑信號的圖像的中心點的垂直方向的坐標，y0為參考點的垂直方向的坐標。
一種基於圖像處理的橋面撓度測量方法，包括：
步驟1，將雷射接收器設置在待測橋跨的橋面指定位置處；將雷射發射器設置在微距調整平臺上，將所述微距調整平臺設置在待測橋跨外的路橋過渡段或者橋梁伸縮縫外的除所述待測橋跨的其他橋跨的墩頂位置；
步驟2，將所述計算機分別和所述雷射接收器和所述微距調整平臺電信號連接；
步驟3，接收所述圖像雷射接收器採集的來自所述雷射發射器的第一光斑信號，根據所述第一光斑信號對所述將微距調整平臺進行控制，以調整所述雷射發射器的位置，使所述雷射發射器的第一光斑信號的圖像打在所述雷射接收器的參考點上。
所述的方法，還包括：
步驟4，接收所述圖像雷射發射器採集的來自所述雷射發射器的第二光斑信號，根據所述第二光斑信號確定第二雷射光斑的圖像所在的位置；根據所述第二雷射光斑的圖像所在的位置，計算所述第二雷射光斑的圖像偏移參考點的角度和位移，從而得出橋面的撓度信息。
所述步驟4包括：
將車輛在橋上靜置預定時長時，在所述預定時長內採集來自所述雷射發射器的預定數量的第三光斑信號；
根據所述第三光斑信號，獲取每一幅所述第三光斑信號的圖像的光斑位移，得到預定數量的圖像點；根據所述預定數量的圖像點，求得靜撓度值。
所述步驟4包括：
採集第四光斑信號；
對所述第四光斑信號進行二值處理；依次對二值處理後的所述第四光斑信號進行處理，得到所述第四光斑信號的圖像的中心位置；根據所述中心位置計算動撓度參量。
由上述本發明的實施例提供的技術方案可以看出，本發明實施例中，由於電控調節位於橋墩或固定位置處，通過計算機進行調製，調校精準比較方便。
本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例中基於圖像處理的橋面撓度測量系統的連接示意圖；
圖2為本發明實施例提供的基於圖像處理的橋面撓度測量方法的流程示意圖。
圖3為本發明實施例中基於圖像處理的橋面撓度測量系統的安裝示意圖。
具體實施方式
下面詳細描述本發明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。
如圖1所示，為本發明所述的一種基於圖像處理的橋面撓度測量系統，所述系統包括：
雷射發射器11、雷射接收器12、微距調整平臺13、計算機14；
所述雷射接收器設置在待測橋跨的橋面指定位置處；
所述雷射發射器設置在所述微距調整平臺上，所述微距調整平臺設置在待測橋跨外的路橋過渡段或者橋梁伸縮縫外的除所述待測橋跨的其他橋跨的墩頂位置；
所述計算機分別和所述雷射接收器和所述微距調整平臺電信號連接；
所述計算機用於，接收所述圖像雷射接收器採集的來自所述雷射發射器的第一光斑信號，根據所述第一光斑信號對所述將微距調整平臺進行控制，以調整所述雷射發射器的位置，使所述雷射發射器的第一光斑信號的圖像打在所述雷射接收器的參考點上。
所述計算機還用於，接收所述圖像雷射接收器採集的來自所述雷射發射器的第二光斑信號，根據所述第二光斑信號確定第二雷射光斑的圖像所在的位置；根據所述第二雷射光斑的圖像所在的位置，計算所述第二光斑信號的圖像偏移參考點的角度和位移，從而得出橋面的撓度信息。
所述雷射接收器還用於，當車輛在橋上靜置預定時長時，在所述預定時長內採集來自所述雷射發射器的預定數量的第三光斑信號，並發送給所述計算機；
所述計算機還用於，根據所述第三光斑信號，獲取每一幅所述第三光斑信號的圖像的光斑位移，得到預定數量的圖像點；根據所述預定數量的圖像點，求得靜撓度值。
所述根據所述預定數量的圖像點，求得靜撓度值的步驟包括：
採用對所述預定數量的圖像點求平均的均值算法，求得靜撓度值；或者
採用將所述預定數量的圖像點按大小順序依次排列，取中間位置處的點作為靜撓度值的中值法，來求得靜撓度值。
所述雷射接收器還用於，採集第四光斑信號，並發送給所述計算機；
所述計算機還用於，對所述第四光斑信號進行二值處理；依次對二值處理後的所述第四光斑信號進行處理，得到所述第四光斑信號的圖像的中心位置；根據所述中心位置計算動撓度參量。
所述根據所述中心位置計算動撓度參量的步驟具體為：
其中，(X,Y)為所述第四光斑信號的圖像的中心位置；N為所述第四光斑信號的圖像的所有像素總點數，(xi，yi)為所述第四光斑信號的圖像的所有像素點的坐標。
所述根據所述中心位置計算動撓度參量根據以下公式計算：
d＝Y-y0；
其中：d為動撓度參量，Y為所述第四光斑信號的圖像的中心點的垂直方向的坐標，y0為參考點的垂直方向的坐標。
如圖2所示，為本發明所述的一種基於圖像處理的橋面撓度測量方法，包括：
步驟210，將雷射接收器設置在待測橋跨的橋面指定位置處；將雷射發射器設置在微距調整平臺上，將所述微距調整平臺設置在待測橋跨外的路橋過渡段或者橋梁伸縮縫外的除所述待測橋跨的其他橋跨的墩頂位置；
步驟220，將所述計算機分別和所述雷射接收器和所述微距調整平臺電信號連接；
步驟230，接收所述圖像雷射接收器採集的來自所述雷射發射器的第一光斑信號，根據所述第一光斑信號對所述將微距調整平臺進行控制，以調整所述雷射發射器的位置，使所述雷射發射器的第一光斑信號的圖像打在所述雷射接收器的參考點上。
所述的方法，還包括：
步驟240，接收所述圖像雷射發射器採集的來自所述雷射發射器的第二光斑信號，根據所述第二光斑信號確定第二雷射光斑的圖像所在的位置；根據所述第二雷射光斑的圖像所在的位置，計算所述第二雷射光斑的圖像偏移參考點的角度和位移，從而得出橋面的撓度信息。
在一個實施例中，所述步驟240包括：
將車輛在橋上靜置預定時長時，在所述預定時長內採集來自所述雷射發射器的預定數量的第三光斑信號；
根據所述第三光斑信號，獲取每一幅所述第三光斑信號的圖像的光斑位移，得到預定數量的圖像點；根據所述預定數量的圖像點，求得靜撓度值。
在一個實施例中，所述步驟240包括：
採集第四光斑信號；
對所述第四光斑信號進行二值處理；依次對二值處理後的所述第四光斑信號進行處理，得到所述第四光斑信號的圖像的中心位置；根據所述中心位置計算動撓度參量。
如圖3所示，以下描述本發明的另一實施例。
一種基於圖像處理的撓度測量裝置，包括：
雷射發射器11、微距調整平臺13、雷射接收器12、計算機14、電源。
計算機14和雷射接收器12之間通過無線訪問接入點15連接。
雷射接收器12為圖像傳感器121，例如為攝像機，圖像處理由計算機14完成；
微距調整平臺13包括：控制器131以及垂直調整臺132、水平調整臺133、角度調整臺134。
所述雷射接收器12布設於待測橋跨的橋面指定位置處；雷射發射器11、計算機14及微距調整平臺13置於待測橋面外的路橋過渡段或者橋梁伸縮縫外受車輛振動影響較小的其他橋跨的墩頂位置,結構示意圖如圖3所示。
該監測方法的實現包括以下步驟：
首先，雷射發射器與雷射接收器進行通視，不影響行車的位置；再通過AP結點將雷射接收器的圖像傳感器採集的光斑信息發送至計算機；計算機處理後再通過AP結點將控制信息發送到控制器，以調整雷射發射器的位置，使雷射光斑打在圖像傳感器的參考點上，參考點可自由選定。
當被測橋梁作用有荷載時，橋梁會發生豎向位移，因此雷射接收器的位置也會隨著被測量物發生位移；通過攝像機採集射線光斑信號，攝像機採集頻率為30幀/秒，並將採集得到的影像信號送到計算機內進行圖像處理，確定光斑所在的具體位置，計算偏移參考點的角度和位移，從而得出撓度信息。此技術可對橋梁狀態進行持續的記錄，通過將採集數據進行整合處理，可以得到橋梁的靜撓度和動撓度參量，以及繪製橋梁撓度變化的曲線。
電腦的工作方式是：將攝像機位置信息發送到計算機，計算機先對採集雷射圖像進行二值處理，其後再用算法對圖像進行處理，處理算法為：
其中，N為光斑的所有像素點數，(X,Y)為光斑的中心位置，即為所求。(xi，yi)為光斑所涉及的所有像素點坐標。依次處理採集到的光斑信號，得到光斑的精確位置後即可計算動撓度參量以及繪製撓度變化曲線。
測量靜撓度時，使車輛在橋上靜置15分鐘以上，為克服偶然誤差的影響，在此段時間內採取M幅光斑圖像，獲取每一幅圖像的光斑位移，可得到一系列的圖像點。然後可以採用將所獲得的M個點求平均的均值算法求得靜撓度值，也可採用將M個點按大小順序依次排列，取中間位置處的點作為靜撓度值的中值法求得靜撓度值。
本發明具有以下有益效果：
(1)位移傳感器獲得的圖像傳感器的位移即為被測物的實際位移，不存在位移誤差，測量畸變小，結果精準，可信度極高。
(2)由於電控調節位於橋墩或固定位置處，通過PC進行調製，調校精準方便。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。