一种高层结构剪切变形的Z型摄像测量方法与流程

本发明涉及摄像测量技术领域，具体涉及一种高层结构剪切变形的Z型摄像测量方法。

背景技术：

随着计算机视觉、数字摄像机等技术的发展，摄像测量以其远距离、非接触、高分辨率等特点在结构健康监测中得到迅速发展和应用。针对以剪切变形为主的高层结构的层间位移以及层间位移角测量，传统摄像测量方法是在不动基准点放置数字摄像机来直接观测各测点的位移，并利用层间位移与层间高度的比值获取层间位移角。但该方法所获得的层间位移角误差较大，且不规则的高层结构在全高范围内可能存在光路不通视的问题。若利用测斜仪来观测层间位移角，虽能得到精确的层间位移角，但很大程度上增加了测量系统成本和复杂程度。因此，我们需要一种更加精确、能够克服不通视光路的局限、且简单低成本的新型摄像测量技术。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种能够精确测量层间位移角、能够克服光路不通视的局限、操作简单、成本低廉的高层结构剪切变形的Z型摄像测量方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种高层结构剪切变形的Z型摄像测量方法，包括以下步骤：

(1)选取待测结构的其中一个侧面布置剪切变形测点。根据层间位移及层间位移角的测量精度需求等，将待测结构沿高度进行分区，并采用Z型阵列布置剪切变形测点，即沿高度方向自下而上交替选取各个区段的左下角点和右下 角点为剪切变形测点，若第一区段选择左下角点为剪切变形测点，则第二区段选择右下角点为剪切变形测点，以此类推；

(2)构建单位测量系统，每个单位测量系统由标志物与一对(两台)数字摄像机组成。除底层测点处仅安装一对数字摄像机以及顶端两测点仅设置标志物外，其余测点处均安装一个单位测量系统。标志物自下而上分别表示为T₁、T₂......T_n，每对数字摄像机自下而上分别表示为C_0LC_0R、C_1LC_1R......C_(n-2)LC_(n-2)R，由于测点采用Z型阵列布置，因此，奇数标志物与偶数标志物分立两列，形成一个通透的相机链位系统；

(3)以底层测点为不动基准点，数字摄像机C_0L对标志物T₁进行监测，获取标志物T₁的侧向位移δ₁，即第一区段的侧向位移；C_0R对标志物T₂进行监测，获取标志物T₂的侧向位移δ₂，即第二区段的侧向位移；第一区段的层间位移即为其侧向位移，第二区段的层间位移为第二区段的侧向位移与第一区段的侧向位移的差值；

(4)数字摄像机C_1R对标志物T₂进行监测，获取标志物T₂相对于数字摄像机C_1R光轴方向的平行偏移位移Δ_2,1；数字C_1L对标志物T₃进行监测，获取标志物T₃相对于数字摄像机C_1L光轴方向的平行偏移位移Δ_3,1；

(5)根据第一区段的侧向位移δ₁、第二区段的侧向位移δ₂、以及标志物T₂相对于数字摄像机C_1R光轴方向的平行偏移位移Δ_2,1，获取第一区段的层间位移角，即：

(6)根据第一区段的侧向位移δ₁、第二区段的侧向位移δ₂、第一区段的层间位移角θ₁、以及标志物T₃相对于数字摄像机C_1L光轴方向的平行偏移位移Δ_3,1，获取第三区段的侧向位移，即：δ₃＝δ₁+(L₂+L₃)tanθ₁+Δ_3,1，第三区段的层间位移为第三区段的侧向位移与第二区段的侧向位移的差值；

(7)对于第三区段以上的各个区段，重复步骤(5)、步骤(6)，可依次得到各个区段的层间位移以及层间位移角，即：

δ_n＝δ_n-2+(L_n-1+L_n)tanθ_n-2+Δ_n,n-2(n≥3)。

作为优选的，步骤(1)中，与传统摄像测量方法将数字摄像机放置在不动基准点直接观测各个区段的侧向位移不同，新型Z型摄像测量法为了精确测量层间位移角，每个区段均安装标志物和数字摄像机，每个测点可同时被相邻以下两个区段的数字摄像机监测。为了形成通透的相机链位，采用Z型阵列布置剪切变形测点。

步骤(2)中，为了精确测量层间位移角以及层间位移，每个单位测量系统需设置两台摄像机，每台数字摄像机分别监测相邻以上两个区段的标志物。

步骤(3)、(4)中，除了位于底层测点处的数字摄像机外，其它测点处的数字摄像机监测的并非是两个标志物之间的相对位移，而是该标志物相对于数字摄像机光轴方向的平行偏移位移。

步骤(5)中，为了获得真实的层间位移角，层间位移角的计算扣除了层间位移中标志物相对于数字摄像机光轴方向的平行偏移位移。

步骤(6)中，不同于传统摄像测量方法中各个区段的侧向侧移可以直接观测得到，新型Z型摄像测量法中各个区段的侧向位移是在层间位移角、偏移位移的基础上间接得到的。

本发明的优点是：与现有技术相比，本发明能够精确测量层间位移角、能够克服光路不通视的局限、操作简单、成本低廉。采用Z型阵列布置数字摄像机并在每个区段的测量系统增加一个额外的数字摄像机，创建多余的观测值以避免使用测斜仪来测量层间位移角，大大节省成本以及降低测量难度。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例单位测量系统的结构示意图；

图2为本发明实施例标志物偏移位移示意图；

图3为本发明实施例的几何关系图。

具体实施方式

参见图1、图2和图3，本发明公开的一种高层结构剪切变形的Z型摄像测量方法，包括以下步骤：

(1)选取待测结构的其中一个侧面布置剪切变形测点。根据层间位移及层间位移角的测量精度需求等，将待测结构沿高度进行分区，并采用Z型阵列布置剪切变形测点，即沿高度方向自下而上交替选取各个区段的左下角点和右下角点为剪切变形测点，若第一区段选择左下角点为剪切变形测点，则第二区段选择右下角点为剪切变形测点，以此类推；

(2)构建单位测量系统，每个单位测量系统由标志物与一对(两台)数字摄像机组成。除底层测点处仅安装一对数字摄像机以及顶端两测点仅设置标志物外，其余测点处均安装一个单位测量系统。标志物自下而上分别表示为T₁、T₂......T_n，每对摄像机自下而上分别表示为C_0LC_0R、C_1LC_1R......C_(n-2)LC_(n-2)R，如图1所示，由于测点采用Z型阵列布置，因此，奇数标志物与偶数标志物分立两列，形成一个通透的相机链位系统；

(3)以底层测点为不动基准点，数字摄像机C_0L对标志物T₁进行监测，获取标志物T₁的侧向位移δ₁，即第一区段的侧向位移；数字摄像机C_0R对标志物T₂进行监测，获取标志物T₂的侧向位移δ₂，即第二区段的侧向位移；第一区段的层间位移即为其侧向位移，第二区段的层间位移为第二区段的侧向位移与第一区 段的侧向位移的差值；

(4)数字摄像机C_1R对标志物T₂进行监测，获取标志物T₂相对于数字摄像机C_1R光轴方向的平行偏移位移Δ_2,1；数字摄像机C_1L对标志物T₃进行监测，获取标志物T₃相对于数字摄像机摄像机C_1L光轴方向的平行偏移位移Δ_3,1，图2所示。

(5)根据第一区段的侧向位移δ₁、第二区段的侧向位移δ₂、以及标志物T₂相对于数字摄像机C_1R光轴方向的平行偏移位移Δ₂₁，获取第一区段的层间位移角，即：

(6)根据第一区段的侧向位移δ₁、第二区段的侧向位移δ₂、第一区段的层间位移角θ₁、以及标志物T₃相对于数字摄像机C_1L光轴方向的平行偏移位移Δ_3,1，获取第三区段的侧向位移，几何关系图3所示，即：δ₃＝δ₁+(L₂+L₃)tanθ₁+Δ_3,1，第三区段的层间位移为第三区段的侧向位移与第二区段的侧向位移的差值；

(7)对于第三区段以上的各个区段，重复步骤(5)、步骤(6)，可依次得到各个区段的层间位移以及层间位移角，即：

δ_n＝δ_n-2+(L_n-1+L_n)tanθ_n-2+Δ_n,n-2(n≥3)。

作为优选的，步骤(1)中，与传统摄像测量方法将数字摄像机放置在不动基准点直接观测各个区段的侧向位移不同，新型Z型摄像测量法为了精确测量层间位移角，每个区段均安装标志物和数字摄像机，每个测点可同时被相邻以下两个区段的数字摄像机监测。为了形成通透的相机链位，采用Z型阵列布置剪切变形测点。

步骤(2)中，为了精确测量层间位移角以及层间位移，每个单位测量系统需设置两台摄像机，每台数字摄像机分别监测相邻以上两个区段的标志物。

步骤(3)、(4)中，除了位于底层测点处的数字摄像机外，其它测点处 的数字摄像机监测的并非是两个标志物之间的相对位移，而是该标志物相对于数字摄像机光轴方向的平行偏移位移。

步骤(5)中，为了获得真实的层间位移角，层间位移角的计算扣除了层间位移中标志物相对于数字摄像机光轴方向的平行偏移位移。

步骤(6)中，不同于传统摄像测量方法中各个区段的侧向侧移可以直接观测得到，新型Z型摄像测量法中各个区段的侧向位移是在层间位移角、偏移位移的基础上间接得到的。

本发明能够精确测量层间位移角、能够克服光路不通视的局限、操作简单、成本低廉。采用Z型阵列布置数字摄像机并在每个区段的测量系统增加一个额外的数字摄像机，创建多余的观测值以避免使用测斜仪来测量层间位移角，大大节省成本以及降低测量难度。

上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。