[发明专利]一种高速实时形变监测方法及系统

权利要求书

1.一种高速实时形变监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据大型结构形变监测的现场要求，设立像机-惯性测量单元装置对构成双目视觉测量，选取某一像机-惯性测量单元装置坐标系作为全局坐标系；

步骤2：所述像机-惯性测量单元装置对同步采集待测目标的图像、像机-惯性测量单元装置的姿态角和加速度信息作为测量数据；

步骤3：将所述测量数据输入到扩展卡尔曼滤波预测模型中，实时估计出两组像机-惯性测量单元装置之间的相对位姿；所述扩展卡尔曼滤波预测模型为：

1)建立状态向量x；

其中，ω_i,i＝1,2表示第i个像机-惯性测量单元装置在其测量单元坐标系下的角速度；

a_i,i＝1,2表示第i个像机-惯性测量单元装置在全局坐标系下的线性加速度；

表示两个像机-惯性测量单元装置之间的相对方位的旋转Hamilton四元数,其中第一个元素是实部，剩下的元素是虚部；

v表示两个像机-惯性测量单元装置之间的相对速度；

p表示两个像机-惯性测量单元装置之间的相对位置；

2)列出状态方程：

式中，ω'₁、ω'₂、p'、v'、a'₁、a'₂分别表示ω₁、ω₂、p、v、a₁、a₂对时间的导数；

假设角速度ω₁,ω₂和线性加速度a₁,a₂满足独立随机的零均值高斯分布，分别表示为为了方便计算，角速度向量改写为C表示对应四元数的旋转矩阵，表示斜对称矩阵；

3)误差的状态表示；根据状态向量x，则误差状态向量表示为：

则误差状态方程更新为：

其中为的旋转矩阵，

表示估计状态，Δ代表一个加性误差的误差状态，δθ表示的误差；

4)预测状态协方差：

对于连续系统矩阵

表示斜对称矩阵；

对于噪声矩阵其中

假设连续系统矩阵F_c在其积分区间连续，则给定时间变化量Δt有F_d＝exp(Δt·F_c)展开为即F_d≈I+F_cΔt，I为单位矩阵；

连续时间噪声协方差矩阵为

离散时间噪声协方差矩阵为：

则状态协方差更新为：

5)状态预测，扩展卡尔曼滤波的状态预测推导结果为：

各符号中的下标k表示第k个时刻的估计值，k+1表示根据第k时刻的估计值所预测出的第k+1时刻的预测值，a_i,k表示第i个像机-惯性测量单元装置在k时刻全局坐标系下的线性加速度，ω_i,k表示第i个像机-惯性测量单元装置在其测量单元坐标系下的角速度；

步骤4：根据实时估计出的两组像机-惯性测量单元装置之间的相对位姿，通过双目交会测量待测点在所述全局坐标系中的三维坐标，获得所有待测点在全局坐标系下的动态形变数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述像机-惯性像机-惯性测量单元装置，由像机和惯性测量单元组成。