本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術領域，具體涉及一種利用雙目視覺位移監(jiān)測系統(tǒng)分析輸電塔結(jié)構(gòu)模態(tài)的方法。

背景技術：

近年來，輸電塔在強風作用下倒塌的事故時有發(fā)生，給人民的生命和財產(chǎn)造成了極大的威脅。但是由于輸電塔在風荷載作用下的振動的不規(guī)律，研究人員很難對輸電塔的振動情況進行判斷，難以得到準確的振動模態(tài)，也就無法提出有效的解決輸電塔倒塌的措施。

由于輸電塔-線結(jié)構(gòu)現(xiàn)場環(huán)境的局限，運用傳統(tǒng)的傳感器如加速度傳感器、位移傳感器、激光傳感器或者全球定位系統(tǒng)等，已經(jīng)滿足不了對輸電塔-線結(jié)構(gòu)動態(tài)位移監(jiān)測的要求，因而也無法計算出結(jié)構(gòu)準確的受力情況。常規(guī)圖像處理技術通過靈活組合多種圖像處理算法可完成各種場景運動圖像的分析和信息的提取，然而常規(guī)圖像處理手段也存在的諸多問題，如參數(shù)多，難調(diào)整；步驟多，繁瑣易出錯；對圖像質(zhì)量要求高，光照、噪聲對算法執(zhí)行效果有直接影響等。

為了更準確、方便地獲得結(jié)構(gòu)的動態(tài)位移或變位信息，急需另外一種高效的、實時結(jié)構(gòu)動態(tài)位移及變形監(jiān)測技術來獲取結(jié)構(gòu)振動模態(tài)，實現(xiàn)整個塔線體系的快速自動檢測與評估提供了可能。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術問題，本發(fā)明利用了一種采用機器雙目視覺技術的、高效的、準確的輸電塔-線體系實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)對輸電塔模態(tài)。

本發(fā)明所采用的技術方案是：一種利用雙目視覺位移監(jiān)測系統(tǒng)分析輸電塔結(jié)構(gòu)模態(tài)的方法，其特征在于：所述雙目視覺位移監(jiān)測系統(tǒng)包括測量靶標、圖像采集裝置、圖像處理計算機、風速風向測量裝置；所述測量靶標若干，均根據(jù)需要設置在輸電塔上；所述圖像采集裝置包括若干設置在無形變的輸電塔下的高速攝像機，用于獲取測測量靶標的三維坐標；

所述圖像采集裝置與圖像處理計算機通過傳輸導線連接，所述圖像處理計算機讀取所述圖像采集裝置拍攝得到的幀系列照片中測量靶標的三維坐標，計算無形變的輸電塔在不同風速和風向下的振動模態(tài)，判定結(jié)構(gòu)是否在正常工作范圍內(nèi)振動。

具體實現(xiàn)包括以下步驟：

步驟1：獲取實時風速風向，計算得到風振頻率ω；

步驟2：計算變形后的輸電塔相對于未變形的輸電塔的空間位移函數(shù)sij和輸電塔測點在特定頻率ωf位移阻抗zf；

步驟3：利用輸電塔測點的空間位移函數(shù)估算模態(tài)質(zhì)量m和模態(tài)剛度k，以此為基礎計算結(jié)構(gòu)振動幅值a和模態(tài)固有頻率ω0；

步驟4：判定結(jié)構(gòu)是否在正常工作范圍內(nèi)振動，以及是否有發(fā)生共振的可能。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

1、該方法有良好的操作性及穩(wěn)定性，并具有高采樣率、高精度、非接觸及實時性等優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)對輸電塔-線耦聯(lián)體在不同風速和風向情況下的動態(tài)位移和變形的有效監(jiān)控；

2、輸電塔風致振型復雜、難以計算，該系統(tǒng)利用圖像處理軟件能夠準確讀取同一時刻所有靶標的三維坐標，利用相應算法和動力學原理推算出輸電塔、輸電線在不同風速和風向下的振動模態(tài)，從而為防止輸電塔風致倒塌的研究提供依據(jù)；

3、該方法能夠?qū)旊娝L致振動破壞形態(tài)進行預估，可以實現(xiàn)動態(tài)結(jié)構(gòu)設計以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化；

4、與傳統(tǒng)的模態(tài)獲取方法相比，該方法的儀器回收率高，人力要求低，經(jīng)濟性好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的雙目視覺位移監(jiān)測系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例的流程圖。

具體實施方法

為了便于本領域普通技術人員理解和實施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述，應當理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請見圖1，本發(fā)明提供的一種利用雙目視覺位移監(jiān)測系統(tǒng)分析輸電塔結(jié)構(gòu)模態(tài)的方法，雙目視覺位移監(jiān)測系統(tǒng)包括測量靶標3、圖像采集裝置、圖像處理計算機、風速風向測量裝置；測量靶標3若干，均根據(jù)需要設置在輸電塔1上；圖像采集裝置包括若干設置在未變形的輸電塔1下的高速攝像機4，用于獲取測測量靶標3的三維坐標；圖像采集裝置與圖像處理計算機通過傳輸導線連接，圖像處理計算機讀取圖像采集裝置拍攝得到的幀系列照片中測量靶標3的三維坐標，計算未變形的輸電塔1在不同風速和風向下的振動模態(tài)，判定結(jié)構(gòu)是否在正常工作范圍內(nèi)振動。

本實施例的高速攝像機的幀數(shù)為1000～1500幀/s，至少設置2臺；傳輸導線為usb數(shù)據(jù)線，風速風向測量裝置為phwe測風儀。

請見圖2，本發(fā)明提供的一種利用雙目視覺位移監(jiān)測系統(tǒng)分析輸電塔結(jié)構(gòu)模態(tài)的方法，包括以下步驟：

步驟1：利用phwe測風儀測得實時風速風向，利用脈動風力函數(shù)得風振頻率ω；

步驟2：在輸電塔1的下方布置兩個高速攝像機，利用雙目識別位移監(jiān)測系統(tǒng)4，以及測量靶標3，將三維實體測量靶標3位置投影到左右相機二維圖像之中，原理表示為：

x＝k[r|t]·x

隨后采用基于立體視覺的3d重建，將左相機坐標plj[xlj,ylj]與右相機坐標prj[xrj,yrj]進行位移演變，獲取測量靶標3的三維坐標pj＝(xj,yj,zj)。

若將某一時刻所有測量靶標3的坐標在軟件中進行呈現(xiàn)時，就能模擬出輸電塔1特定點的實時位置；就能模擬出輸電塔特定點的實時位置得到形變后的輸電塔2空間位移函數(shù)sij；，

sij(ti)＝f[ti,gj(x,y,z)]

式中，ti為測試時間點，j為在不同位置靶標測點；

若將某一時間段不同時刻的輸電塔1進行動態(tài)模擬，就能得到輸電塔測點在特定頻率ωf下的位移阻抗zf。

步驟3：利用輸電塔測點的空間位移函數(shù)估算模態(tài)質(zhì)量m和模態(tài)剛度k；

再以此為基礎計算結(jié)構(gòu)振動幅值a和模態(tài)固有頻率ω0；

以測點j為例，考慮x方向振動為例，x方向的自由振動微分方程：

轉(zhuǎn)化為拉氏域方程

令

結(jié)構(gòu)固有頻率

x方向振動響應方程為：

a與由邊界條件sij等確定；

步驟4：判斷結(jié)構(gòu)振動幅值a是否超過結(jié)構(gòu)正常工作幅值a0，a0根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)風振控制規(guī)范》選取，若a≤a0說明振幅在控制范圍內(nèi)；若a≥a0說明振幅過大。

同時需要判斷工作頻率ω是否落在模態(tài)固有頻率的半功率帶寬之內(nèi)：

若或則不會發(fā)生共振危險，

若則可能發(fā)生共振危險。

盡管本說明書較多地使用了未變形的輸電塔1、變形后的輸電塔2、測量靶標3、雙目識別監(jiān)測系統(tǒng)4等術語，但并不排除使用其他術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便的描述本發(fā)明的本質(zhì)，把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。

應當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術。

應當理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細，并不能因此而認為是對本發(fā)明專利保護范圍的限制，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權利要求所保護的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請求保護范圍應以所附權利要求為準。