[发明专利]一种网壳型结构连续倒塌的高速视频测量方法

权利要求书

1.一种网壳型结构连续倒塌的高速视频测量方法，用以获取网壳的球状节点球心的位移，其特征在于，包括以下步骤：

1)在测量开始前，在网壳模型上方设置多台高速相机，并获取高速相机的内方位元素；

2)采用全站仪获取网壳上每个球状节点上的多个表面点位坐标，并根据表面点位坐标进行球面拟合，以此获取每个球状节点球心的初始三维坐标；

3)在测量区域内布设多个控制点标志，通过全站仪测量所有控制点标志的坐标，建立局部物方坐标系，并且在网壳上布设与每个球状节点一一对应的目标点标志，该目标点标志与对应的球状节点视为一个刚体，在倒塌过程中，两者间不发生相对位移；

4)采用高速相机同步获取一段影像数据，获取相机的外方位元素以及目标点标志的初始三维坐标，且根据目标点标志的初始坐标和节点球心初始坐标建立目标点标志与节点球心固定的空间关系；

5)在网壳的破断处，启动网壳破断装置使网壳发生连续倒塌，同时，高速相机同步采集网壳倒塌的影像数据；

6)根据获取到的网壳倒塌影像数据进行视频测量解算，在每一帧影像中，获取与球状节点球心相对应的目标点标志的三维坐标，进而通过坐标转换获取球状节点球心的三维坐标，最终获取节点球心的三维时程位移。

2.根据权利要求1所述的一种网壳型结构连续倒塌的高速视频测量方法，其特征在于，所述的步骤1)中，高速相机的焦距在测量过程中应固定，且高速相机的内方位元素在整个测量过程中保持不变。

3.根据权利要求1所述的一种网壳型结构连续倒塌的高速视频测量方法，其特征在于，所述的步骤1)中，采用张正友相机检校法对高速相机进行检校，获取高速相机的内方位元素和光学畸变参数，所述的内方位元素包括像距和像主点坐标，所述的光学畸变参数包括镜头径向畸变和切向畸变。

4.根据权利要求1所述的一种网壳型结构连续倒塌的高速视频测量方法，其特征在于，所述的步骤2)中，采用全站仪获取网壳球状节点的多个表面点位坐标，并根据这些表面点位坐标采用最小二乘球面拟合方法获取每个节点球心的初始三维坐标。

5.根据权利要求1所述的一种网壳型结构连续倒塌的高速视频测量方法，其特征在于，所述的步骤3)中，所述的控制点标志由白色圆和黑色边界组成，且在白色圆的中心位置设有十字丝和内圆，所述的目标点标志由五个位于同一平面上的白色圆组成，包括位于周边的四个大圆以及位于中心一个小圆，所述的小圆上贴设有反射片。

6.根据权利要求1所述的一种网壳型结构连续倒塌的高速视频测量方法，其特征在于，所述的步骤4)中，通过光束法平差确定各高速相机在局部物方坐标系中的外方位元素，并且同时确定目标点标志初始三维坐标。

7.根据权利要求1所述的一种网壳型结构连续倒塌的高速视频测量方法，其特征在于，所述的步骤6)中，通过目标跟踪匹配获取目标点标志的序列影像坐标，并且通过基于共线方程的前方交会算法计算目标点标志的序列三维坐标。

8.根据权利要求1所述的一种网壳型结构连续倒塌的高速视频测量方法，其特征在于，所述的步骤6)中，目标点标志的三维坐标的关系式为：

其中，为平移参数，为目标点标志在初始时刻的三维坐标，为目标点标志在时刻i的三维坐标，M为坐标旋转矩阵，H为零矩阵。

9.根据权利要求8所述的一种网壳型结构连续倒塌的高速视频测量方法，其特征在于，所述的步骤6)中，球状节点球心的坐标计算式为：

其中，为球状节点球心在时刻i的三维坐标，为球状节点球心在初始时刻的三维坐标。

10.根据权利要求1所述的一种网壳型结构连续倒塌的高速视频测量方法，其特征在于，所述的高速相机的帧频为200帧/秒，影像分辨率为1280×1024像素。