一种结构位移测量方法技术

本发明专利技术提供了一种结构位移测量方法，涉及工程结构检测技术领域，具体包括：准备步骤：将智能手机架设在第一位置，使得被测物体以及与被测物体在同一平面的已知结构尺寸的已知结构体均可在智能手机的视场中显示，将此时的三维角度均置为零；三维角度获取步骤：将智能手机放置到与被测平面平行的第二位置并记录此时的三维角度后将手机复位；拍摄计算步骤：在已知结构体上选取多个已知点，对被测物体变形或位移发生前后进行连续拍摄图像，计算出各个已知点的像素位移与实际位移的比例关系，得到待测点的实际位移。上述结构位移测量方法仅使用智能手机即可实现，具有数据易于获得、操作难度低、不易受外界条件限制、成本小、易于推广等优点。等优点。等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种结构位移测量方法


[0001]本专利技术涉及工程结构检测
，尤其是涉及一种结构位移测量方法。

技术介绍

[0002]现有的结构位移测量方法主要分为接触式和非接触式两种。接触式测量方法需要在结构表面安装相关设备，费时费力，是较为传统的测量方式。随着技术的发展，近年发展起来的先进结构测量方式以非接触式为主。基于机器视觉的测量方法以其系统安装简便、成本低廉、精度可控等显著优点，在非接触式方法中最为常见。
[0003]基于机器视觉的非接触式测量方法的不足——以工业相机为主体的测量系统，为了满足工程结构测量需要，除了需要进行精确的图像匹配，在图像匹配之前，还需要对相机系统进行标定，从而计算得到图像像素位移到物理位移的关系。在进行工程结构测量时，相机成像的视场范围很大，不可能用传统的拍摄标定板的方法进行标定。因而，基于此类方法的所有设备一般都包含测距机、倾角仪等辅助设备，由测得的辅助参数进行标定。
[0004]由此，各种辅助设备大大提高了该方法实现的成本，系统不再紧凑便携，受外界条件限制较大。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种结构位移测量方法，仅使用具有拍照和陀螺仪功能的智能手机即可实现，具有数据易于获得、操作难度低、减小成本、易于推广等优点。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供一种结构位移测量方法，包括：准备步骤：将智能手机架设在第一位置，使得被测物体以及与所述被测物体在同一平面的已知结构尺寸的已知结构体均可在所述智能手机的视场中显示，使用所述智能手机中的陀螺仪将此时的三维角度均置为零；三维角度获取步骤：将所述智能手机放置到与被测平面平行的第二位置并记录此时的三维角度后将手机复位；拍摄计算步骤：在所述已知结构体上选取多个已知点，对所述被测物体变形或位移发生前后进行连续拍摄图像，得到各个所述已知点以及待测点的像素坐标，根据第一位置拍摄面与所述被测平面的相对三维角度、各个所述已知点之间的实际尺寸以及各个所述已知点在所述第一位置拍摄面中的像素坐标，计算出各个所述已知点的像素位移与实际位移的比例关系，根据所述比例关系以及所述待测点的像素位移得到所述待测点的实际位移。
[0007]进一步地，所述拍摄计算步骤中，计算出所述已知点的像素位移与实际位移的比例关系包括：确定所述被测平面的空间方程，计算每一个所述已知点在所述被测平面上的位置与在所述第一位置拍摄面上的位置之间的距离；
根据所述距离算得每个所述已知点的像素位移与实际位移的比例关系。
[0008]进一步地，设定所述第一位置拍摄面为，所述被测平面为，所述与所述的相对三维角度为，所述拍摄计算步骤中，确定所述被测平面的空间方程包括：建立所述与所述的几何关系：以所述为z=0平面，所述的中心为坐标原点（0,0,0），所述智能手机的相机光心的坐标为（0,0,
‑
），为所述智能手机的相机焦距，所述的方程设为；确定方程系数、和：设定所述的法向量为（0,0,1），设定旋转以后，新的法向量为，为所述的法向量；；；则。
[0009]进一步地，确定所述被测平面的空间方程还包括将各个所述已知点的像素坐标转换为三维直角坐标系内对应坐标：所述上各个所述已知点记为：，i=1，2，，n；所述上各个所述已知点记为：，i=1，2，，n，其中相邻的两个所述已知点之间的实际距离已知；各个所述已知点的像素坐标分别为：，则设定在三维直角坐标系下对应的坐标为：，各个所述已知点的像素坐标与三维坐标之间的换算关系为：，，其中： 为所述智能手机拍摄所得图像中每个像素的实际尺寸，所述智能手机的分辨率为。
[0010]进一步地，确定所述被测平面的空间方程还包括确定方程系数：相机光心与的连线的方程为：，直线与的交点坐标为；其中，，为每个所对应系数D的值，i=1，2，，n；与之间距离的估计值为；；与之间距离的实际值为，当有多组约束时，设为方差最小，求解超定方程：；
；由此求得方程系数D。
[0011]进一步地，所述拍摄计算步骤中，确定所述被测平面的空间方程后，求所述上的已知点到所述上的已知点的距离，具体包括：的空间坐标为，坐标为，其中，，则： 。
[0012]进一步地，在所述准备步骤中，使用三脚架将所述智能手机架设在所述第一位置。
[0013]进一步地，在所述准备步骤中，所述已知结构体的已知结构尺寸为桥墩高和桥跨长中至少一者。
[0014]进一步地，在所述准备步骤中，所述被测物体至少占所述智能手机的视场的3/4。
[0015]进一步地，在所述拍摄计算步骤中，所述已知点的个数不少于三个。
[0016]本专利技术提供的一种结构位移测量方法能产生如下有益效果：本专利技术提供的一种结构位移测量方法可直接利用智能手机的拍照功能对被测物体进行连续拍摄，对比计算初始状态照片和后续拍摄的照片，从而计算出待测点的像素位移；再利用智能手机的内置陀螺仪得到第一位置拍摄面与被测平面之间的三维角度关系，根据已知点之间的实际尺寸以及各个已知点在第一位置拍摄面中的像素坐标，计算出已知点的像素位移与实际位移的全场比例关系；最后根据比例关系以及待测点的像素位移得到待测点的实际位移。
[0017]相对于现有技术来说，本方法仅使用具有拍照和陀螺仪功能的智能手机即可实现结构位移测量方法，且测量数据不受被测物体尺寸以及与手机之间距离的影响与限制，数据易于获得、操作难度低，且极大程度上减小了成本，减少了测量任务准备工作的工作量，使得该方法更易于推广，尤其是在工程测量教学方面。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；图1为本专利技术实施例提供的智能手机架设在第一位置时的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的第一位置拍摄面的示意图；图3为本专利技术实施例提供的第一位置拍摄面与被测平面的相对位置示意图。
[0019]图标：1
‑
被测平面；2
‑
第一位置拍摄面；3
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三脚架；4
‑
待测点。
具体实施方式
[0020]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术
人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结构位移测量方法，其特征在于，包括：准备步骤：将智能手机架设在第一位置，使得被测物体以及与所述被测物体在同一平面的已知结构尺寸的已知结构体均可在所述智能手机的视场中显示，使用所述智能手机中的陀螺仪将此时的三维角度均置为零；三维角度获取步骤：将所述智能手机放置到与被测平面平行的第二位置并记录此时的三维角度后将手机复位；拍摄计算步骤：在所述已知结构体上选取多个已知点，对所述被测物体变形或位移发生前后进行连续拍摄图像，得到各个所述已知点以及待测点的像素坐标，根据第一位置拍摄面与所述被测平面的相对三维角度、各个所述已知点之间的实际尺寸以及各个所述已知点在所述第一位置拍摄面中的像素坐标，计算出各个所述已知点的像素位移与实际位移的比例关系，根据所述比例关系以及所述待测点的像素位移得到所述待测点的实际位移。2.根据权利要求1所述的结构位移测量方法，其特征在于，所述拍摄计算步骤中，计算出所述已知点的像素位移与实际位移的比例关系包括：确定所述被测平面的空间方程，计算每一个所述已知点在所述被测平面上的位置与在所述第一位置拍摄面上的位置之间的距离；根据所述距离算得每个所述已知点的像素位移与实际位移的比例关系。3.根据权利要求2所述的结构位移测量方法，其特征在于，设定所述第一位置拍摄面为，所述被测平面为，所述与所述的相对三维角度为，所述拍摄计算步骤中，确定所述被测平面的空间方程包括：建立所述与所述的几何关系：以所述为z=0平面，所述的中心为坐标原点（0,0,0），所述智能手机的相机光心的坐标为（0,0,
‑
），为所述智能手机的相机焦距，所述的方程设为；确定方程系数、和：设定所述的法向量为（0,0,1），设定旋转以后，新的法向量为，为所述的法向量；；；则。...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁杨翔，贾哿媛，武斯珩，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：