基于图像识别静态线形的拉索力测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于图像识别静态线形的拉索力测量方法，本发明专利技术包括图像采集与图像处理两部分，图像采集模块包括无人机与高分辨率照相机两种设备，图像处理模块主要是通过软件处理图像识别拉索线形，并用特定的方法计算拉索力。通过无人机与图像采集设备采集拉索的静态图像数据并进行处理，得到拉索静态线形数据，获取拉索上选取点的几何参数计算拉索力。本发明专利技术具有操作简单、成本低、速度快等优点。速度快等优点。速度快等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于图像识别静态线形的拉索力测量方法


[0001]本专利技术涉及桥梁拉索力测量
，尤其涉及一种基于图像识别静态线 形的拉索力测量方法。

技术介绍

[0002]拉索是索结构桥梁的主要传力构件，索的受力状态直接反映了全桥的健康 状况。施工过程中，必须准确测量拉索张力以保证工程安全和施工控制的顺利 进行。作为结构的重要构件，拉索的损害将会给结构带来灾难性的后果。如果 拉索受到损坏，拉索力将发生变化，而变化的拉索力会直接影响结构内力分布 和线形。因此，拉索力可以作为结构健康状态评估的重要指标，在整个工程施 工和使用期限内，都必须准确地了解拉索力的状况。在实际工程中，通常使用 以下几种方法来对拉索的拉索力进行测量：一是压力表法。在桥梁施工过程中， 对拉索的张拉均使用千斤顶来完成。该方法多在桥梁施工阶段采用，但是对于 成桥拉索力，因为千斤顶的安装过程十分麻烦，并且会对锚固段产生破坏，所 以并不适用。二是压力传感器法。采用该方法对拉索力进行测量时，仍然需要 事先标定，建立传感器所受到的压力和读数之间的关系。由于传感器比较昂贵， 自身质量也较大，且若对多根索进行测量，就需要使用大量的传感器，导致成 本过高。因此该方法精度虽高，却只适用于特定场合。三是磁通量法。磁通量 法的缺点是这种测量方法的识别结果同时受到多种因素的共同影响。比如钢绞 线的规格以及所用的材料，测量时的环境温度，所处的磁场强度，以及传感器 本身的磁路结构等。四是振动法。振动法的缺点是索具有一定抗弯刚度，且在 自重作用下具有一定的垂度效应，并且索的边界条件比较复杂，不是严格意义 上的固支或铰支。因此，在利用频率法测试拉索力时，必须对索相关参数进行 设置，并根据不同的索参数选取不同的拉索力求解公式。综上所述，常用的四 种方法均存在一定问题。
[0003]因此，亟需一种无需专用的传感器且采用非接触式测量的拉索力测量方法。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供一种基于图像识别静态线形的拉索力测量方法，其 特征在于，所述方法包括如下步骤：
[0005]S1：采集目标桥梁的拉索图像，无人机搭载图像采集设备飞至预设的图像 采集位置，远程控制所述图像采集设备实现拉索图像的采集；
[0006]S2：对步骤S1获得的拉索图像进行图像处理，获得拉索上边缘位置的坐标 信息；
[0007]S3：根据预设拉索特征点的数量在拉索上确定特征点的坐标信息；
[0008]S4：根据所述拉索特征点的坐标确定拉索力T；
[0009][0010]其中，T表示拉索力，H
I
表示i索段左端的水平分力，V
I
表示i索段左端的 竖向分力；
[0011]其中，i索段左端的水平分力H
i
和i索段左端的竖向分力采用如下方法确 定：
[0012]H
I
＝H
i
+dH
ꢀꢀꢀ
(1
‑
1)
[0013]V
I
＝H
i
+dV
ꢀꢀꢀ
(1
‑
2)
[0014]其中，H
I
表示i索段左端的水平分力，H
i
表示i索段左端的水平分力的预 估值，dH表示i索段左端的水平分力的修正值,V
I
表示i索段左端的竖向分力, V
i
表示i索段左端的竖向分力的预估值，dV表示i索段左端的竖向分力的修正 值；
[0015]其中，i索段左端的水平分力的预估值H
i
和i索段左端的竖向分力的预估 值V
i
采用如下方法确定：
[0016][0017][0018]其中，l
i
表示i索段的水平投影长度，h
i
表示i索段的竖向投影长度，H
i
表示i索段左端的水平分力，V
i
表示i索段左端的竖向分力，S
i
表示索段i的 无应力长度，E表示拉索的弹性模量，A表示拉索截面积，q表示拉索的自重集 度；
[0019]其中，i索段的水平投影长度l
i
和i索段的竖向投影长度h
i
采用如下方法 确定：
[0020]根据特征点坐标，点1、2
…
n
‑
1、n，确定相应的各索段h
i
和l
i
；
[0021]其中，索段的无应力长度S
i
由下式迭代计算得到：
[0022][0023]其中，S
n
表示第n次迭代求得的索段无应力长度，S
n+1
表示第n+1次迭代求得 的索段无应力长度；
[0024]由上述的牛顿迭代法可迭代求得索段无应力长度S0；
[0025]其中，i索段左端的水平分力的修正值dH和i索段左端的竖向分力的修正值 dV采用如下方法确定；
[0026][0027]其中，dH和dV表达对拉索的水平分力和竖向分力的修正值，y
m
和l
m
表示中间 点的竖向坐标和水平坐标，y
e
和l
e
表示末端点的竖向坐标和水平坐标，dy
e
和dl
e
表示末端点和中间点的标高误差。
[0028]进一步，步骤S2还包括如下步骤：
[0029]S21：对步骤S1获得的拉索图像进行图像处理，包括图像的标定、灰度变 换、增强、分割等预处理，得到拉索二值图像；
[0030]S22：在二值图像基础上，利用Matlab软件的图像处理功能，通过Canny 边缘检测
算子对预处理后的二值图像进行边缘检测，得到图像中拉索上边缘的 像素坐标；
[0031]S23：通过标定的像素大小，将像素坐标转化为拉索空间几何坐标，获得拉 索上边缘位置的坐标信息。
[0032]进一步，步骤S23的的几何坐标采用如下方法确定：
[0033]L＝p*k
ꢀꢀꢀ
(1
‑
7)
[0034]其中，l表示被测物的实际尺寸，p表示被测物的像素个数，k表示标定系数。
[0035]进一步，所述步骤S1中预设的图像采集点为在照相机能够拍摄到整根拉索 的前提下，使图像采集设备尽量靠近拉索。
[0036]进一步，：所述图像采集设备的分辨率需要达到工程应用的要求。
[0037]本专利技术的有益技术效果：本申请提供的基于图像识别静态线形的拉索力测 量方法，其通过无人机与图像采集设备采集拉索的静态图像数据并进行处理， 得到拉索静态线形数据，获取拉索上选取点的几何参数计算拉索力，可以实现 非接触式测量，无需安装传感器，不影响桥梁结构及交通，操作简单、成本低、 同时也可实现对多跟拉索的同时测量，效率高。
附图说明
[0038]下面结合附图和实施例对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像识别静态线形的拉索力测量方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1：采集目标桥梁的拉索图像，无人机搭载图像采集设备飞至预设的图像采集位置，远程控制所述图像采集设备实现拉索图像的采集；S2：对步骤S1获得的拉索图像进行图像处理，获得拉索上边缘位置的坐标信息；S3：根据预设拉索特征点的数量在拉索上确定特征点的坐标信息；S4：根据所述拉索特征点的坐标确定拉索力T；其中，T表示拉索力，H
I
表示i索段左端的水平分力，V
I
表示i索段左端的竖向分力；其中，i索段左端的水平分力H
i
和i索段左端的竖向分力采用如下方法确定：H
I
＝H
i
+dH
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
1)V
I
＝H
i
+dV
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
2)其中，H
I
表示i索段左端的水平分力，H
i
表示i索段左端的水平分力的预估值，dH表示i索段左端的水平分力的修正值,V
I
表示i索段左端的竖向分力,V
i
表示i索段左端的竖向分力的预估值，dV表示i索段左端的竖向分力的修正值；其中，i索段左端的水平分力的预估值H
i
和i索段左端的竖向分力的预估值V
i
采用如下方法确定：方法确定：其中，l
i
表示i索段的水平投影长度，h
i
表示i索段的竖向投影长度，H
i
表示i索段左端的水平分力，V
i
表示i索段左端的竖向分力，S
i
表示索段i的无应力长度，E表示拉索的弹性模量，A表示拉索截面积，q表示拉索的自重集度；其中，i索段的水平投影长度l
i
和i索段的竖向投影长度h
i
采用如下方法确定：根据特征点坐标，点1、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王邵锐，周建庭，谭虎，杨曰坤，张焕富，王犇，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：