本发明专利技术公开了一种用于大型结构物垂直位移或变形参数的自校准式测量装置和方法，包括数据处理中心、成像系统、基准靶标、静力水准仪和不少于一只的测量靶标，所述的静力水准仪包括若干只沉降探头和通液管，所述的沉降探头和测量靶标固定在大型结构物的侧壁或顶部，所述的基准靶标设置在其中某只沉降探头上，且基准靶标和测量靶标在成像系统的敏感元的不同位置上成像，数据处理中心获取静力水准仪和成像系统的测量结果后，根据沉降探头、基准靶标和测量靶标的测量结果，计算得到测量点的位移或变形参数，本发明专利技术克服了测量系统因成像系统受到载荷或自身安装基础变形等原因而产生的位移，最终导致系统的测量误差，提高了测量精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于力学测量
，涉及一种用于大型结构物位移和形变测量装置，特别是一种自校准的远程位移或形变测量的装置及方法。
技术介绍
大型结构物包括桥梁、大坝、隧道、斜坡和房屋建筑等，其变形主要包括静态变形和动态变形，静态变形是指地基下陷、倾斜和应力松弛等变化很慢的变形，动态变形是指由于风、温度、地震、交通负载或现场施工等引起的短期变形，其参数监测对于目标的安全评估分析具有重要的作用。传统的大型结构物如桥梁，其变形检测的仪器有百分表、千分表、加速计、水准仪、经纬仪等。目前，这些仪器在桥梁验收、定期检测中仍然广泛使用，但是需要专业技术人员，费时、费力，人为误差大，远远不能实现在线、实时、自动、智能测量。近年来，信息技术的蓬勃发展大大带动了桥梁变形测量技术的发展，涌现了许多新技术和新方法，比如激光挠度法和GPS(Global Position System)定位测量法。激光挠度仪能实现亚毫米的位移测量，但是量程仅能达到数十厘米，不能满足跨距较大的用于桥梁大变形的测量，其垂直位移可达米级；GPS定位测量法可实现实时在线测量桥梁的大变形，但是其精度智能达到厘米级，且费用高昂，限制了其推广应用。自从70年代末期固体图像传感器出现以来，国内外有不少学者以CCD等图像传感器为媒介，将图像处理技术用于桥梁、混凝土梁变形测量的研究。申请号为200820241096.0的中国专利“一种基于机器视觉的桥梁动位移测量装置”公开了一种通过激光源和CCD结合测量大桥动态变形的测量装置，通过在桥梁远端用CCD记录大桥变形过程中激光光束的位置变化，计算得到大桥的变形参数。目前这类位移传感器存在的主要问题是：CCD图像传感器需要与准直激光器联合使用，增加了系统的复杂性。申请号为201410145554.0的中国专利“一种桥梁实时监测系统”公开了一种桥梁动态位移的远程测量装置，使用中将加电靶标固定在远离桥梁的固定目标上，而在桥梁需要监测位移的地方安装有CCD像机，使得靶标成像在CCD光敏元上，通过实时获得的靶标图像在CCD上的位置，计算得到桥梁待测点上的动态位移。这种方案存在的问题是：当监测系统用在隧道、岩洞内等场合时，由于CCD像机和测量靶标均会随着外界荷载的影响而产生位移和形变，而且由于二者安装的位置不同，外界荷载引起的测量靶标和CCD像机的位移不同，导致测量结果出现了较大的误差，影响了测量精度。
技术实现思路
本专利技术提出了一种用于大型结构物垂直位移或变形的自校准式测量装置及方法，用于大型结构物变形或位移参数的自校准式测量装置及方法，在传统测量靶标的基础上增加了一只基准靶标和一只静力水准仪，且该基准靶标固定静力水准仪的沉降探头上，由静力水准仪获得准确的基准靶标的位移绝对值，从而对测量靶标的位置值进行修正校准，最后获得测量点的精确位移值。本专利技术的
技术实现思路
如下：用于大型结构物垂直位移或变形的自校准式测量装置，包括数据处理中心、成像系统、基准靶标、静力水准仪和不少于一只的测量靶标，所述的静力水准仪包括若干只沉降探头和通液管，所述的沉降探头和测量靶标固定在大型结构物的侧壁或顶部，所述的基准靶标设置在其中某只沉降探头上，且基准靶标和测量靶标在成像系统的敏感元的不同位置上成像，数据处理中心获取静力水准仪和成像系统的测量结果后，根据沉降探头、基准靶标和测量靶标的测量结果，计算得到测量点的位移或变形参数。上述用于大型结构物垂直位移或变形的自校准式测量装置中，大型结构物为隧道、岩洞、房屋或地下室。上述用于大型结构物垂直位移或变形的自校准式测量装置中，静力水准仪的基准沉降探头设置在大型结构物外部位移或变形可忽略的区域。上述用于大型结构物垂直位移或变形的自校准式测量装置中，基准靶标和测量靶标为特定图案或连续工作的加电靶标。上述用于大型结构物垂直位移或变形的自校准式测量装置中，加电靶标为排成一定形状的LED或LD灯带。上述用于大型结构物垂直位移或变形的自校准式测量装置中，静力水准仪和成像系统通过无线GPRS系统、无线移动网络传输模块或光缆传输系统将测量结果传输至数据处理中心。上述用于大型结构物垂直位移或变形的自校准式测量装置中，成像系统包括光学镜头、图像传感器、核心控制功能单元、处理存储单元和远程通讯单元；所述的图像传感器为CCD或CMOS传感器，所述的核心控制功能单元包括触发信号检测模块、图像数据采集模块、图像灰度化及缩放模块和靶标图像特征提起及识别模块，用于靶标图像的处理和识别；所述的处理存储单元与核心控制功能单元相联，用于图像数据的存储和处理；所述的远程通讯单元与处理存储单元联接，用于图像数据的远程发送。上述用于大型结构物垂直位移或变形的自校准式测量装置中，核心控制功能单元由DSP构建。上述用于大型结构物垂直位移或变形的自校准式测量装置中，成像系统为CCD像机或CMOS传感器。用于大型结构物垂直位移或变形的自校准式测量方法，包括以下步骤：[1]安装：在大型结构物上安装测量靶标、基准靶标、静力水准仪，其中静力水准仪的测量沉降探头和测量靶标固定在大型结构物的侧壁或顶部，测量靶标安装在待测量点位置，基准靶标设置在对应的测量沉降探头上；[2]测量：开启成像系统，使得基准靶标和测量靶标在成像系统的敏感元的不同位置上成像，开启静力水准仪，测量基准靶标所在的测量沉降探头的高度值；[3]校准：对成像系统进行数据处理，获取基准靶标和测量靶标的位移值；对静力水准仪进行数据处理，计算得到测量沉降探头的位移值；并根据测量沉降探头的位移值对测量靶标的位移值进行修正校准，扣除成像系统因自身安装基础位移带来的测量误差，获得测量靶标所在测量点的真实位移值。上述用于大型结构物垂直位移或变形的自校准式测量方法中，骤[3]中的校准步骤包括：[3.1]根据测量靶标的位置变化值，并结合测量靶标与成像系统之间的距离、成像系统的光学参数，计算得到测量靶标的位移值x1；[3.2]根据基准靶标的位置变化值，并结合基准靶标与成像系统之间的距离、成像系统的光学参数，计算得到基准靶标的位移值x0；[3.3]根据静力水准仪中基准沉降探头和测量沉降探头的液面高度，计算得到测量沉降探头的位移值y0；[3.4]经校准后测量靶标所在的测量点的位移x11＝x1+y0-x0。本专利技术具有的有益技术效果如下：1、本专利技术在现有CCD像机和测量靶标组成的位移测量装置的基础上，增加了一只基准靶标和静力水准仪，并将基准靶标设置在静力水准仪的一个测量沉降探头上，由静力水准仪给出该测量沉降探头的绝对位移值；安装调试中，使得基准靶标和测量靶标同时成像在CCD像机上，并在数据处理中，根据基准靶标的位移值来修正真实的测量点的位移值，从而克服了测量系统因成像系统受到载荷或自身安装基础变形等原因而产生的位移，提高了测量精度。2、本专利技术的静力水准仪包括通液管相联通的基准沉降探头和若干只测量沉降探头，测量沉降探头和测量靶标固定在大型结构物的侧壁或顶部，基准靶标设置在其中某只测量沉降探头上，基准沉降探头设置在大型结构物外部位移或变形可忽略的区域，通过基准沉降探头和测量沉降探头之间的关系，计算得到测量沉降探头的精确位移，同时若干个测量沉降探头分布在被测量隧道的多个测量点，与若干个成像系统、靶标相配合，实现了隧道参数的分布式自校准测量。3、本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于大型结构物垂直位移或变形的自校准式测量装置，其特征在于：包括若干个监测单元和数据处理中心(20)，每个监测单元包括成像系统(12)、基准靶标(14)、静力水准仪和不少于一只的测量靶标(13)，所述的静力水准仪包括通液管相联通的基准沉降探头(21)和若干只测量沉降探头(22)，所述的测量沉降探头(22)和测量靶标(13)固定在大型结构物(11)的侧壁或顶部，所述的基准靶标(14)设置在对应的测量沉降探头(22)上，且基准靶标(14)和测量靶标(13)在成像系统(12)的敏感元的不同位置上成像，数据处理中心(20)获取静力水准仪和成像系统(12)的测量结果后，并对测量靶标的结果进行校准修正后，得到测量点的位移或变形参数。
【技术特征摘要】
1.用于大型结构物垂直位移或变形的自校准式测量装置，其特征在于：包括若干个监测单元和数据处理中心(20)，每个监测单元包括成像系统(12)、基准靶标(14)、静力水准仪和不少于一只的测量靶标(13)，所述的静力水准仪包括通液管相联通的基准沉降探头(21)和若干只测量沉降探头(22)，所述的测量沉降探头(22)和测量靶标(13)固定在大型结构物(11)的侧壁或顶部，所述的基准靶标(14)设置在对应的测量沉降探头(22)上，且基准靶标(14)和测量靶标(13)在成像系统(12)的敏感元的不同位置上成像，数据处理中心(20)获取静力水准仪和成像系统(12)的测量结果后，并对测量靶标的结果进行校准修正后，得到测量点的位移或变形参数。2.根据权利要求1所述的用于大型结构物垂直位移或变形的自校准式测量装置，其特征在于：所述的大型结构物(11)为隧道、岩洞、房屋、地下室或桥梁。3.根据权利要求1所述的用于大型结构物垂直位移或变形的自校准式测量装置，其特征在于：所述静力水准仪的基准沉降探头(21)设置在大型结构物外部或内部位移或变形可忽略的稳定区域。4.根据权利要求1所述的用于大型结构物垂直位移或变形的自校准式测量装置，其特征在于：所述的基准靶标(14)和测量靶标(13)为特定图案或连续工作的加电靶标。5.根据权利要求4所述的用于大型结构物垂直位移或变形的自校准式测量装置，其特征在于：所述的加电靶标为排成一定形状的LED或LD灯带。6.根据权利要求1所述的用于大型结构物垂直位移或变形的自校准式测量装置，其特征在于：所述的静力水准仪和成像系统通过无线GPRS系统、无线移动网络传输模块或光缆传输系统将测量结果传输至数据处理中心(20)。7.根据权利要求1所述的用于大型结构物垂直位移或变形的自校准式测量装置，其特征在于：所述的成像系统包括光学镜头(1)、图像传感器(2)、核心控制功能单元(5)、处理存储单元(6)和远程通讯单元(4)；所述的图像传感器(2)为...
【专利技术属性】
技术研发人员：高文武，徐克强，郭敏，李运输，
申请(专利权)人：西安敏文测控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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