【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及基于单目监控的医疗系统地震响应监测方法，属于结构健康监测。
技术介绍
1、地震是一种突发性强、破坏性大的自然灾害。近年来随着城镇化快速发展，大城市与城市群内大型基础设施林立，呈现复杂、多样、密集的发展趋势，交通系统发达，人员和社会财富高度密集，使地震造成的灾害更加严重。尤其对于大城市，一旦遭受强烈地震的袭击，会在瞬间失去原来稳定的状态而丧失城市功能。医疗系统被认为是灾害事件中的关键战略建筑之一，在灾害救援尤其是在地震应急救援中发挥着关键作用。
2、然而，医疗系统在地震中往往也是容易遭受损伤的系统之一，医疗建筑、医院内部非结构构件以及医疗设备的损伤破坏在历次震害调查中十分常见。为了在震后能够快速的修复建筑结构及医疗设备功能，对医院建筑结构以及医疗设备的地震响应进行监测是十分必要的。
3、测量结构在地震等动力荷载作用下的响应，特别是位移响应和加速度响应是结构健康监测的关键。位移的测量方法可分为传统接触式测量(如lvdt等)和非接触式测量(如gps、激光扫描仪、雷达干涉和计算机视觉等)两类。传统的接触式测量方法存在诸多不足，如成本较高、难以实现整体监测、不易安装等。非接触式测量方法中，基于gps的测量方法虽然便于安装，但测量精度较低，误差在5～10mm；基于激光的方法精度高，但受测量距离和天气条件影响很大，成本较高；基于雷达的方法，方便安装且可以达到适合于土木工程的精度，但需要被测物体有相关的反射表面。近年来随着计算机视觉技术的发展，将摄像机作为视觉传感器在振动监测和结构健康监测中得到了广泛应用，
4、在以往基于视觉的方法中，大部分利用安装在被监测建筑结构外部的一台或多台摄像机来监测结构的静态或动态变形，通过跟踪结构上附着的额外目标作为特征点或者追踪结构自身部件作为自然特征点。尽管上述基于视觉的监测方法效果优异，但在实际工程场景的应用中仍有诸多限制，例如：需要在建筑外部合适的位置额外安装摄像机以监测结构，这引入了与传统接触式传感器类似的安装成本；同时单个摄像机很难在不牺牲分辨率的情况下获取全尺寸的建筑结构；并且单个摄像机仅能获取建筑结构在固定平面内的运动而难以获取固定平面外的结构响应。
5、此外，以往的研究仅关注地震作用下建筑结构的响应，并没有对医院建筑内的医疗设备响应进行监测。由于医疗设备自身的不对称性以及地震动的多向加载，其响应是多向的而并非单向滑移或滚动，使得设备响应的监测存在一定程度的困难。
6、因此，现有对医疗系统的地震响应监测尚不能为医院建筑结构及医疗设备在震后的功能快速修复提供用力的基础数据，无法有效提升医疗系统抗震韧性。
技术实现思路
1、针对现有医疗系统的地震响应监测仅针对建筑结构而无法监测医疗设备的问题，本专利技术提供一种基于单目监控的医疗系统地震响应监测方法。
2、本专利技术的一种基于单目监控的医疗系统地震响应监测方法，包括，
3、步骤一：对医疗系统的每个独立建筑空间，将监控摄像机与上层楼板固定连接；建立与监控摄像机相对静止的三维坐标系；所述三维坐标系的x-y平面与下层楼板所在平面重合；
4、步骤二：对监控摄像机获取的监控视频中的样本监测点，采用目标跟踪算法追踪样本监测点在二维图像坐标系下的样本像素坐标；测量得到样本监测点在三维坐标系下的样本三维坐标；由三维坐标系和二维图像坐标系的对应关系基于样本像素坐标和样本三维坐标确定摄像机投影矩阵p；
5、步骤三：对监控摄像机获取的监控视频中的当前监测点，采用目标跟踪算法追踪当前监测点的当前像素坐标，再结合摄像机投影矩阵p计算得到当前监测点在三维坐标系下的当前三维坐标；所述当前监测点包括当前独立建筑空间内的建筑结构双向层间位移响应点和医疗设备双向滑移响应点；
6、步骤四：根据当前监测点的当前三维坐标和对应的初始坐标计算得到当前监测点的建筑结构双向层间位移时程或医疗设备双向滑移时程；实现医疗系统地震响应监测。
7、根据本专利技术的基于单目监控的医疗系统地震响应监测方法，还包括步骤五：
8、对于建筑结构：根据当前监测点的建筑结构双向层间位移时程计算得到建筑结构最大层间位移角；
9、对于医疗设备：根据当前监测点的医疗设备双向滑移时程计算得到医疗设备最大滑移加速度。
10、根据本专利技术的基于单目监控的医疗系统地震响应监测方法，步骤一中医疗系统的建筑空间具有多层rc框架建筑结构。
11、根据本专利技术的基于单目监控的医疗系统地震响应监测方法，步骤二中，摄像机投影矩阵p根据公式(1)确定：
12、
13、式中(u0,v0,1)t为样本监测点在二维图像坐标系下的齐次坐标，u0为样本像素坐标的像素横坐标，v0为样本像素坐标的像素纵坐标，λ为比例因子，(x0,y0,z0,1)t为样本监测点在三维坐标系下的齐次坐标，其中x0为样本三维坐标中的横坐标，y0为样本三维坐标中的纵坐标，z0为样本三维坐标中的竖坐标，p3×4表示3×4的摄像机投影矩阵p，pij表示p3×4的第i行第j列元素，其中i＝1，2，3；j＝1，2，3，4。
14、根据本专利技术的基于单目监控的医疗系统地震响应监测方法，步骤三中，若当前监测点为建筑结构双向层间位移响应点，则当前监测点在二维图像坐标系下的齐次坐标为(u,v,1)t，当前监测点在三维坐标系下的齐次坐标为(x,y,0,1)t，得到：
15、
16、式中λ1为对应建筑结构双向层间位移响应点的比例因子；
17、对公式(2)进行变形，得到：
18、
19、式中mij,ck＝picpjk-pikpjc，式中i和j表示摄像机投影矩阵p的行数，c和k表示摄像机投影矩阵p的列数。
20、根据本专利技术的基于单目监控的医疗系统地震响应监测方法，步骤四中，若当前监测点为建筑结构双向层间位移响应点，则当前监测点的建筑结构双向层间位移时程通过多个当前监测点的双向层间位移均值计算得到：
21、
22、式中δx为建筑结构双向层间x轴方向位移时程，δy为建筑结构双向层间y轴方向位移时程，q表示独立建筑空间内的第q个监测点，m表示独立建筑空间内的总监测点个数；xq为第q个监测点的横坐标，为第q个监测点的初始横坐标，yq第q个监测点的纵坐标，为第q个监测点的初始纵坐标。
23、根据本专利技术的基于单目监控的医疗系统地震响应监测方法，步骤三中，若当前监测点为医疗设备双向滑移响应点，则当前监测点在二维图像坐标系下的齐次坐标为(u′,v′,1)t，当前监测点在三维坐标系下的齐次坐标为(x′,y′,h,1)t，得到：
24、
25、式中λ2为对应医疗设备双向滑移响应点的比例因子，h为医疗设备高度；
26、对式(5)进行变形，得到：
27、
28、式中mij,ck＝pi本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于单目监控的医疗系统地震响应监测方法，其特征在于包括，
2.根据权利要求1所述的基于单目监控的医疗系统地震响应监测方法，其特征在于，还包括步骤五：
3.根据权利要求2所述的基于单目监控的医疗系统地震响应监测方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的基于单目监控的医疗系统地震响应监测方法，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的基于单目监控的医疗系统地震响应监测方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的基于单目监控的医疗系统地震响应监测方法，其特征在于，
7.根据权利要求6所述的基于单目监控的医疗系统地震响应监测方法，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的基于单目监控的医疗系统地震响应监测方法，其特征在于，
9.根据权利要求1所述的基于单目监控的医疗系统地震响应监测方法，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种基于单目监控的医疗系统地震响应监测方法，其特征在于包括，
2.根据权利要求1所述的基于单目监控的医疗系统地震响应监测方法，其特征在于，还包括步骤五：
3.根据权利要求2所述的基于单目监控的医疗系统地震响应监测方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的基于单目监控的医疗系统地震响应监测方法，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的基于单目监控的...
【专利技术属性】
技术研发人员：温卫平，胡琤永，翟长海，张成，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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