[发明专利]一种高速实时形变监测方法及系统

说明书

本发明公开了一种高速实时形变监测方法及系统。通过将高频、低误差的惯性传感器与低频、无偏置的基于视觉的相对姿态估计相融合输入到高效扩展卡尔曼滤波器(EKF)中，实现了两个像机‑惯性测量单元装置间相对位姿的高速实时估计。基于此对大型结构待监测点进行交会测量，将待监测点形变数据统一到指定的全局坐标系下，实现其形变自动监测。相比之前的方法，本发明提出的方法，测量设备成本低廉且测量精度高、频率高、速度快，具有重要的理论研究意义和广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于形变监测领域，尤其涉及一种高速实时形变监测方法及系统。

背景技术

大型结构的形变测量是其动态性能实验、质量检验和安全监测的关键一环，在实际中具有重要应用价值，例如，大型飞行器飞行试验过程中要求在线实时监测机体的形变。大型结构的形变测量主要面临以下问题：(1).由于大型结构自身及其周围地基随着时间推移或者外部施加作用下均可能存在变形，导致安装在其结构或周围地基上的双目像机之间的安装关系一直在变化，难以直接实施交会测量，故必须在形变监测过程中实时标定像机之间的安装关系；(2).大型结构的形变测量同时要求测量的频率高，采用高速像机的图像数据处理量大，对平台计算处理能力要求较高，而野外实验中监测平台通常计算能力有限。

目前，形变测量方法有接触式的和非接触等方法。接触式测量方法会对测量对象本身造成干扰，而且测量系统布置繁琐、测量点有限，无法满足对大型结构形貌和变形进行全场、高精度测量以及动态监测的需求。GPS形变监测虽能较好地解决这一问题，但是又具有较高成本和苛刻条件：如每个观测点都需要布设接收机天线；测量必须在GPS信号较好的条件下。非接触测量方法主要是摄影测量和摄像测量方法，国防科技大学于起峰院士提出的串联像机网络、串并联像机网络的测量方法，利用测量单元内部的固连约束和像机成像的几何约束关系，解算待测点在全局坐标系的动态形变数据，较好的解决了问题(1)，但是其测量需要用到多组像机增大了控制误差传递方面的挑战，而且测量频率受制于平台的处理能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是怎样在现有平台计算处理性能条件下，快速准确的在线对大型结构进行测量，提出了一种高速实时形变监测方法及系统。

为解决该问题，本发明所采用的技术方案是：

一种高速实时形变监测方法，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，选取某一测量单元装置坐标系作为全局坐标系；

步骤2：所述测量单元装置对同步采集待测目标的图像、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：根据步骤2中同步采集的测量数据，以及所述测量单元装置安装初始时刻两组所述测量单元装置之间的相对位姿构建扩展卡尔曼滤波预测模型，实时估计出两组测量单元装置之间的相对位置和姿态；

步骤4：根据实时估计出的两组测量单元装置之间的相对位置和姿态，通过双目或者多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；

本发明还提供了一种高速实时形变监测系统，包括处理器，以及与所述处理器连接的存储器，所述存储器存储有一种高速实时形变监测方法的程序，所述程序执行时实现上述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明所取得的有益效果是:

本发明一种高速实时形变监测方法通过将高频、低方差的惯性传感器与低频、无偏置的基于视觉的相对姿态估计相融合输入到高效扩展卡尔曼滤波器(EKF)中，实现测量单元装置间相对位置和姿态的高速实时估计，在得到测量单元装置件的相对位置和姿态后，选择某一测量单元坐标系作为形变监测的全局坐标系，通过双目或多目像机交会测量待监测点在该全局坐标系中的三维位置，就可以获得大型结构的连续形变数据。