[发明专利]一种测量高铁桥梁竖向动扰度的方法

摘要

本发明提供一种测量高铁桥梁竖向动扰度的方法，首先在待测高铁桥梁上布置中间测量点和左、右侧参考点。在无人机上搭建测量装置，测量装置包括相机以及设置在相机镜头前方的多个光学镜片组件。各光学镜片组件均包括光学镜片以及旋转机构。调整各光学镜片，使得待测高铁桥梁上标记的左侧参考点、右侧参考点、中间测量点能够在相机镜头中成像且分别成像于拍摄图像中的R、G、B三个通道。根据相机拍摄得到的图像，分别计算得到世界坐标系下中间测量点、左侧参考点、右侧参考点在竖直方向上的相对位移，进而得到高铁桥梁竖向动扰度。本发明能够不受环境振动影响，可实现灵活易操作的高铁桥梁动扰度高精度测量，且测量过程简单高效。

主权项

1.一种测量高铁桥梁竖向动扰度的方法，其特征在于：包括以下步骤：S1确定待测高铁桥梁，在待测高铁桥梁上布设左侧参考点、中间测量点以及右侧参考点；S2在无人机上搭建测量装置，利用无人机进行飞行测量；测量装置包括相机以及设置在相机镜头前方的多个光学镜片组件，相机以及光学镜片组件均通过支撑装置安装在无人机上；各光学镜片组件均包括光学镜片以及旋转机构，光学镜片连接旋转机构，能够在旋转机构的带动下调整其角度；将拍摄位置设置在两个参考点间的中垂线上，控制无人机飞行到两个参考点间的中垂线上的拍摄位置，无人机上的相机镜头正向对准待测高铁桥梁上标记的中间测量点；调整各光学镜片组件中的光学镜片，使得待测高铁桥梁上标记的左侧参考点、右侧参考点、中间测量点能够在相机镜头中成像且分别成像于拍摄图像中的R、G、B三个通道；无人机上的相机按照设定时间间隔对待测高铁桥梁进行拍摄成像，得到各拍摄时刻对应的拍摄图像；S3计算待测高铁桥梁竖向动扰度；根据相机拍摄得到的图像，分别计算得到世界坐标系下中间测量点、左侧参考点、右侧参考点在竖直方向上的相对位移，进而得到高铁桥梁竖向动扰度，方法如下：S3.1对于初始拍摄时刻对应的首张拍摄图像，通过模板匹配找到首张拍摄图像中的待测高铁桥梁上标记的中间测量点和左、右侧两个参考点，得到中间测量点、左侧参考点和右侧参考点在首张拍摄图像中的图像坐标；对于后续各拍摄时刻对应的拍摄图像，采用最小二乘图像匹配跟踪法对中间测量点、左侧参考点和右侧参考点进行跟踪，得到后续各拍摄时刻对应的拍摄图像上的中间测量点、左侧参考点和右侧参考点的图像坐标；S3.2根据中间测量点的图像坐标，计算世界坐标系下中间测量点在竖直方向上的相对位移d₁：d₁＝x_A‑x_B其中，A点为待测高铁桥梁上中间测量点原来位置，x_A为A点对应的世界坐标系下的坐标，B点为待测高铁桥梁上中间测量点移动后的位置，x_B为B点对应的世界坐标系下的坐标，为x_A在i时刻对应的拍摄图像中的坐标，为x_B在i时刻对应的拍摄图像中的坐标，D为相机镜头到包含中间测量点移动所在直线并且垂直于相机光轴的平面的垂直距离，f为相机的焦距，θ为相机光轴与相机镜头到中间测量点移动所在平面的垂直线的夹角；S3.3采用S3.2中相同的方法，根据左侧参考点的图像坐标，计算世界坐标系下左侧参考点在竖直方向上的相对位移d₂；根据右侧参考点的图像坐标，计算世界坐标系下右侧参考点在竖直方向上的相对位移d₃；S4.4高铁桥梁竖向动扰度为：