一种桥梁线形监测系统及方法与流程

1.本发明属于铁路桥梁监测技术领域，具体涉及一种桥梁线形监测系统及方法。


背景技术：

2.随着社会的发展，桥梁的使用功能也逐渐变多，尤其是随着大跨度桥梁的出现，桥梁在交通运输领域中起到越来越重要的作用。由于随着桥梁使用频率逐渐增多，其结构会发生各种损伤、变形等，其直接影响到桥梁的承载能力，进而威胁到桥上车辆及行人的安全，因此需要对桥梁的健康状况进行安全监测，可以及时发现问题并对其进行加固维护。
3.其中，桥梁线形作为主梁结构刚度的重要指标，是铁路运营的重点监测对象。当桥梁跨度较大时，桥体受风力、车辆荷载的影响较大，其沿跨度方向上的线形不断发生变化，当线形变化剧烈时对桥梁安全的影响较大，因此，需要对桥梁的线形进行实时监测，以及时发现潜在的病害和风险。
4.目前，常用的线形监测手段主要有人工标定测量、静力水准仪或压力变送器监测、视频数字图像测量、gps或gnss设备测量等，其中人工标定测量法一般是在夜间巡检时进行测量，受夜间光线等环境因素的影响，其测量数据误差较大，且人工效率低，无法实时获得列车运营时刻桥梁关键位置的横、竖向动态形变位移；静力水准仪或压力变送器监测法，虽然该方法可以，达到连续测量的目的，但容易受到漏液、填充液挥发等影响，稳定性差，且无法实现高频率采集，对列车高频行驶作用下主梁线形的监测具有较大的局限性；视频数字图像测量虽然能够通过计算照片不同时刻二维像素点间距判断位移变化情况，但照片像素分析数据时间过长，无法实时监测列车高频振动位移响应情况，存在一定分析滞后性及功能缺陷性；gps或gnss设备测量法虽然能够通过在关键位置布设点位来监测桥梁三向变形情况，但其精度较差，且费用昂贵，不利于推广应用。


技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种桥梁线形监测系统及方法，能够实现对超大跨桥梁线形进行实时监测的同时，提高实时监测精度，降低测量误差。
6.为实现上述目的，本发明的一个方面，提供一种桥梁线形监测系统，其包括监测靶标、信息采集设备和数据处理装置；
7.所述监测靶标设置在桥梁主跨上，用于显示该桥梁主跨对应位置的竖向位移；且所述监测靶标为间隔设置的多个，且部分或者全部相邻两监测靶标之间具有一定的纵向间距；
8.所述信息采集设备包括至少一个第一图像采集单元和至少一个第二图像采集单元；所述第一图像采集单元设置在桥梁主跨支撑位置处，其可作为基准点以对监测靶标和第二图像采集单元的位置进行标定，并对量程区域内的监测靶标和第二图像采集单元的位置进行实时监测；所述第二图像采集单元设置在所述桥梁主跨的中部，用于对该第二图像
采集单元量程区域内的监测靶标进行实时监测；
9.同时，任意相邻两图像采集单元中的一个单元处于另一个单元的量程区域内；
10.所述数据处理装置与所述信息采集设备通信连接，用于将信息采集设备采集的信息进行记录，并解算出各监测靶标的竖向位移量，确定动态下桥梁的线形。
11.作为本发明的进一步改进，所述第二图像采集单元的个数为多个，且任意相邻两所述第二图像采集单元中背离所述第一图像采集单元的一个单元在另一单元的量程内。
12.作为本发明的进一步改进，所述第一图像采集单元的个数为两个，使得所述第二图像采集单元以任一所述第一图像采集单元为基准点对监测靶标进行监测。
13.作为本发明的进一步改进，所述第一图像采集单元的个数为两个，且相邻两图像采集单元均设置在对方的量程区域内。
14.作为本发明的进一步改进，所述信息采集设备还包括倾角仪，其与图像采集单元同步设置，用于实时监测图像采集单元自身的倾角变化；
15.和/或
16.在所述第一图像采集单元量程内设置有基准靶标，使其作为静置点对所述第一图像采集单元的位置进行校准。
17.作为本发明的进一步改进，所述数据处理装置包括数据采集模块、时序数据库模块、边缘计算机管理模块、感知图表展示模块和传输服务模块；
18.所述数据采集模块用于定时从信息采集设备接收监测数据；所述时序数据模块用于根据时间顺序储存监测数据；所述边缘计算机管理模块中布设分析程序，对监测数据进行分析计算，并进行线上报告管理；所述感知图表展示模块用于根据数据分析结果生成图表，表征监测数据指标；所述传输服务模块用于将数据指标图表传输至终端设备。
19.本发明的另一个方面，提供一种桥梁线形监测方法，包括如下步骤：
20.(1)根据监测需求对靶标、信息采集设备和数据处理装置进行布置和安装，并将匹配的位移几何算法程序置于数据处理装置中；
21.(2)利用信息采集设备采集各靶标及各图像采集单元的位置初始值，并传送至数据处理装置；
22.(3)利用信息采集设备对桥梁进行实时监测，提取列车过桥时各靶标和各图像采集单元相对位置的实测值，并传送至数据处理装置；
23.(4)数据处理装置利用内置的位移几何算法程序，计算各监测靶标和第二图像采集单元相对各自位置初始值的实际竖向位移量，并根据检测靶标的竖向位移量得到动态下桥梁的线形。
24.作为本发明的进一步改进，步骤(4)中各监测点实际竖向位移量的计算方法包括如下步骤：
25.(4.1)利用图像采集单元成像原理，计算各监测点与对应的图像采集单元中心线之间的垂直距离z；
26.(4.2)计算各监测点相对其对应的图像采集单元的位移量，当倾角仪与所述图像采集单元同步设置时，其具体计算方法为：
27.28.其中，x为监测点与对应的图像采集单元之间的纵向距离；θ为监测点对应的图像采集单元的竖向转角值，且该转角绕水平轴顺时针为正值、逆时针为负值；z为监测点距对应的图像采集单元中心线的竖向z轴距离；
29.(4.3)计算各监测点的实际竖向位移量，其具体计算方法为：
30.z
实
＝z
实g
+z
相
31.其中，z
实g
为监测点对应的图像采集单元的实际竖向位移量。
32.作为本发明的进一步改进，步骤(4.1)中各监测点与对应的图像采集单元中心线之间的垂直距离z的计算方法具体包括如下步骤：
33.(4.1.1)在桥梁主跨外设置基准靶标；
34.(4.1.2)计算监测点与对应的图像采集单元中心线之间的垂直距离z
[0035][0036]
其中，xd为监测点与对应图像采集单元的纵向距离，z1为监测点在对应图像采集单元中成像的竖向坐标值，fd为图像采集单元的镜头焦距，x0为基准靶标与对应第一图像采集单元的纵向距离，z0为基准靶标在对应第一图像采集单元中成像的竖向坐标值。
[0037]
作为本发明的进一步改进，将图像采集单元设置为多目摄像机，并在正、反两个方向上各形成一个监测系统，将各监测靶标在每个监测系统内测得的竖向位移量取其均值作为实际竖向位移量。
[0038]
上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0039]
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：
[0040]
(1)本发明的桥梁线形监测系统，其通过在桥体上设置多个监测靶标，并沿桥体纵向间隔设置的第一图像采集单元和第二图像采集单元形成监测系统对监测靶标进行实时监测，并利用第一图像采集单元作为基准点对各监测点的位移量进行标定，减少实际位移量的计算误差，同时通过数据处理装置对各监测靶标的位移量进行解算，以确定动态下桥梁的线形，突破了利用图像采集单元对在高频列车行驶过程中超大跨桥梁线形监测的技术难题。
[0041]
(2)本发明的桥梁线形监测系统，并对应第一图像采集单元设置基准靶标，对第一图像采集单元的位置进行校准，进一步减少测量误差；通过对图像采集单元同步设置的倾角仪，实时监测图像采集单元的倾角变化，消除因图像采集单元的倾角变化带来的测量误差，提高监测系统的监测精度，降低测量误差；
[0042]
(4)本发明的桥梁线形监测方法，其通过对桥梁监测点实时监测，并通过内置的算法程序计算当列车过桥时桥梁各处的位移变化量，得出桥梁的线形；其过程简单，测量范围广，不需要人工参与即可实现对桥梁线形的实时监测。
[0043]
(5)本发明的桥梁线形监测系统及方法，其通过间隔设置在桥体上的监测装置实时对桥梁线形进行测量，其测量范围广、精度高、频率高，创新突破了超大跨度铁路桥梁如何监测获取高频列车行驶过程主梁线形的技术难题，能够及时发现潜在的病害和风险，具有较好的经济和社会效益，具有广泛的应用前景。
附图说明
[0044]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0045]
图1是本发明实施例中图像采集单元和靶标的布置示意图；
[0046]
图2是本发明实施例中正向监测系统算法示意图；
[0047]
图3是本发明实施例中反向监测系统算法示意图；
[0048]
图4是本发明实施例中监测系统在主梁横隔板上的位置示意图；
[0049]
图5是本发明实施例中检测系统安装示意图；
[0050]
图6是本发明实施例中图像采集单元成像原理示意图；
[0051]
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：
[0052]
1、基准靶标；2、监测靶标；3、第一图像采集单元；4、第二图像采集单元；5、倾角仪；6、数据处理装置；7、连接件；8、法兰；9、角钢；10、信号线；11、卡箍；12、光纤；13、保护罩。
具体实施方式
[0053]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0054]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0055]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0056]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0057]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0058]
实施例：
[0059]
请参阅图1～图6，本发明优选实施例中的桥梁线形监测系统包括监测靶标2、信息采集设备和数据处理装置6，其中监测靶标2设置在桥梁主跨上；信息采集设备设置在桥体上，用于对监测靶标2的位置进行实时监测，并将监测信息传送至数据处理装置6进行储存和解算。
[0060]
具体而言，优选实施例中的监测靶标2沿桥梁主跨间隔设置为多个，用于显示监测靶标2设置位置的竖向位移变化，其具体的设置位置和个数可根据监测需求以及桥体主梁的关键位置特征进行确定。
[0061]
进一步地，优选实施例中的信息采集设备包括图像采集单元，至少一个第一图像采集单元3和至少一个第二图像采集单元4；其中第一图像采集单元3设置在桥梁主跨支撑位置处，车辆经过时其受主跨位移变化影响较小，可以作为基准点对监测靶标2和第二图像采集单元4的位置进行标定，并对测量范围内的监测靶标2和第二图像采集单元4的位置进行实时监测。
[0062]
进一步地，优选实施例中第二图像采集单元4设置在桥梁主跨的中部，用于对该第二图像采集单元量程区域内的监测靶标2进行实时监测同时由于第二图像采集单元4设置在桥梁主跨上同样受到桥梁位移变化的影响，实际设置时需要任意相邻两图像采集单元中的一个单元处于另一个单元的量程区域内，以保证每个第二图像采集单元4均能以第一图像采集单元3为基准点对监测靶标2进行监测。
[0063]
实际布置时，图像采集单元的设置个数可根据监测靶标2的布置位置、桥梁跨度和图像采集单元的量程以及测量形式等确定。在一个优选实施例中，将第二图像采集单元4的个数设置为多个，并将任意两相邻第二图像采集单元4中背离第一图像采集单元3的一个单元设置在另一个单元的量程区域内，使得设置形成的监测系统可沿一个方向对桥梁线形进行监测。
[0064]
在另一个具体实施例中，将第一图像采集单元3的个数设置为两个，即在桥梁主跨两侧的支撑位置处分别设置有第一图像采集单元3，使得第二图像采集单元4可以以任一第一图像采集单元3为基准点对测量范围内的监测靶标2进行监测。当然，也可以将监测系统内的相邻两图像采集单元均设置在对方的量程区域内，使得各第二图像采集单元4可分别以每个第一图像采集单元3为基准点对监测靶标2进行监测。
[0065]
进一步地，为了增大第二图像采集单元4的测量范围，优选第二图像采集单元4为多目摄像机，其包括两个相背设置的监测镜头，可同时对其两侧的监测靶标2进行监测。如图1所示的优选实施例中多目摄像机监测镜头为两个反向长焦镜头，并呈180度反向对射；同时，在桥梁主跨两侧支撑位置处分别设置有第一图像采集单元3，且相邻两图像采集单元均在对方的量程内，使得可以将两个第一图像采集单元3分别作为基准点构建监测系统，形成正、反两个方向的监测系统同时对桥梁主跨内的监测靶标2进行监测。
[0066]
进一步地，由于列车经过桥体时，图像采集单元随桥体运动，其设置倾角可能会在运动过程中发生变化，为了减少因倾角变化对测量精度的影响，优选同步图像采集单元设置倾角仪5，用于实时监测图像采集单元在运作过程中自身的倾角变化，并将该倾角变化值传输至数据处理装置6进行处理。优选地，该倾角仪5为双轴倾角仪，可以同时测量安装位置水平面上分别沿x轴和y轴的竖向倾角。
[0067]
优选地，为了进一步减少测量误差，在第一图像采集单元3的量程区域内设置有基
准靶标1，且该基准靶标1的位置不受桥梁变形位移的影响，使其可以作为静置点对第一图像采集单元3的位置进行校准。，以消除第一图像采集单元3受到桥梁变形时产生的误差。
[0068]
实际设置时可将基准靶标1和/或监测靶标2设置为红外靶标，其具有防水、防潮、耐久抗腐蚀等优点，以提高靶标的使用寿命。实施安装时，可以利用卡箍11将靶标安装在待监测位置上，避免常规的直接在监测物上钻孔或焊接安装设备，防止对监测物结构的耐久性产生不可逆的影响。
[0069]
进一步地，优选实施例中的数据处理装置6与信息采集设备连接，用于将信息采集设备传送的数据进行记录并解算，确定不同时刻下各监测靶标2的实际位移量，并拟合得到闭合的桥梁线形，同时将实时得出的桥梁线形传输至后台终端显示器。
[0070]
具体地，优选实施例中的数据处理装置6为边缘采集网关，其包括数据采集模块、时序数据库模块、边缘计算机管理模块、感知图表展示模块和mqtt传输服务模块。其中数据采集模块内设置有自动采集收发程序，可定时发出指令从信息采集设备采集监测数据；
[0071]
时序数据库模块针对监测数据随时间变化的特性，根据时间顺序储存不同时刻下的监测数据；
[0072]
边缘计算机管理模块用于布设分析程序，并对储存的样本数据进行特征分析及指标计算，同时可对计算结果进行评估，并进行线上报告管理。优选实施例中的分析程序包括动态倾角与形变位移几何算法，对图像采集单元的倾角及各监测点的位移进行分析计算，得出桥梁各处动态变化下的位移量，并通过该位移量对桥梁的健康状况进行评估。
[0073]
感知图表展示模块用于根据数据分析结果生成图表，表征监测数据指标；优选实施例中根据桥梁各处的位移量形成不同时刻下桥梁的线形图。
[0074]
传输服务模块用于将数据指标图表传输至终端设备；优选实施例中将生成的桥梁线形图传输至终端显示屏。
[0075]
进一步地，对于信息采集设备和数据处理装置6的安装，如图4中所示的具体实施例中，优选将其固定安装在相应位置处的主梁横隔板上。
[0076]
更详细地，如图5中所示优选实施例中将多目摄像机和和双轴倾角仪水平安装在保护罩13内，该保护罩13优选为不锈钢，防止发生腐蚀损坏。同时，该保护罩13通过连接件7固定连接在其下方的法兰8上，并将法兰8固定安装在主梁横隔板上，优选通过卡箍11固定安装在主梁横隔板，保证主梁过人孔内监测范围充足，不影响光电测量视觉范围，同时减少对主梁横隔板结构的影响。为了进一步保证法兰8支撑的可靠性，在法兰8的下方设置有角钢9，并优选通过焊接与法兰8固定连接，构成三脚架支撑结构，为信息采集设备中的各设备提供稳定支撑。
[0077]
更进一步地，优选实施例中将数据处理装置6水平放置，通过紧固件将其固定在主梁横隔板上，同时通过信号线10将数据处理装置6与信息采集设备进行连接，并通过一端连接铺设的光纤12将相关信息传输6至后台终端。
[0078]
进一步地，对于优选实施例中的桥梁线形监测系统的监测方法具体包括如下步骤：
[0079]
(1)根据监测需求对靶标、信息采集设备和数据处理装置6进行布置和安装，并将匹配的位移几何算法程序置于数据处理装置6中。
[0080]
实际设置时，监测靶标2的位置和数量可根据桥梁需要进行设置，并将其固定安装
在待监测位置；图像采集单元和数据处理装置6的设置可根据监测靶标2的位置、桥梁主跨跨度、以及图像采集单元的可监测范围等进行布置，并将至少一个第一图像采集单元3设置在桥梁主跨支撑位置处，同时将至少一个第二图像采集单元4设置在第一图像采集单元3可监测范围内。同时，基准靶标1和倾角仪5可根据测量误差的容忍指标选择是否安装。
[0081]
(2)利用信息采集设备采集各靶标及各图像采集单元的位置初始值，并传送至数据处理装置6。
[0082]
各设备和靶标安装固定好后，利用信息采集设备将各靶标和图像采集单元相关的位置初始值记录下来，如y、z两个方向轴的位置初值、图像采集单元水平面x轴与y轴的初始倾角等，并将其作为各设备的原始标定值，传送并储存至数据处理装置6，以计算其前后的实际位移变化量。
[0083]
(3)利用信息采集设备对桥梁进行实时监测，提取列车过桥时各靶标和各图像采集单元相对位置的实测值，并传送至数据处理装置6；
[0084]
列车经过桥梁时，桥梁关键位置发生变形产生动态变化位移，相应的，各监测靶标2和第二图像采集单元4随桥梁发生竖向位移；同时，图像采集单元受变形影响产生倾角变化，各信息采集设备将其实时测量的位置图像、图像采集单元的倾角变化值等数据传送数据处理装置6。
[0085]
(4)数据处理装置6利用内置的位移几何算法程序，计算各监测靶标2和第二图像采集单元4相对各自位置初始值的实际竖向位移量，并根据监测靶标2的竖向位移量得到动态下桥梁的线形。
[0086]
对于各监测靶标2的实际位移量的计算，利用数据处理装置6内置的位移几何算法程序，将桥梁变形时采集到的各监测靶标2的位置自动折减其对应的原始标定值，计算出其实际竖向位移量，并基于最小二乘法进行最小化偏差均值处理，达到监测线形的自动闭合与点位插值，进一步提高主梁动态线形监测精度。
[0087]
进一步地，优选实施例中，由各监测靶标2和第二图像采集单元4形成的监测点的实际竖向位移量的计算方法包括如下步骤：
[0088]
(4.1)利用图像采集单元成像原理，计算各监测点与对应的图像采集单元中心线之间的垂直距离z；
[0089]
在光学成像中各监测点在图像采集单元的2倍焦距以外很远距离，成倒立缩小的图像，如图6中所示，可以利用相似三角形原理，求出监测点与对应的图像采集单元中心线之间的垂直距离z。
[0090]
优选实施例中，在桥梁主跨外对应第一图像采集单元3设置有基准靶标1，则监测点与对应的图像采集单元中心线之间的垂直距离z的具体计算方法为：
[0091][0092]
其中，xd为监测点与对应图像采集单元的纵向距离，z1为监测点在对应图像采集单元中成像的竖向坐标值，fd为图像采集单元的镜头焦距，x0为基准靶标1与对应第一图像采集单元3的纵向距离，z0为基准靶标1在对应第一图像采集单元3中成像的竖向坐标值。
[0093]
(4.2)计算各监测点相对其对应的图像采集单元的位移量，当倾角仪5与所述图像采集单元同步设置时，其具体计算方法为：
[0094][0095]
其中，x为监测点与对应的图像采集单元之间的纵向距离；θ为监测点对应的图像采集单元的竖向转角值，且该转角绕水平轴顺时针为正值、逆时针为负值；z为监测点距对应的图像采集单元中心线的竖向z轴距离；
[0096]
(4.3)计算各监测点的实际竖向位移量，其具体计算方法为：
[0097]z实
＝z
实g
+z
相
[0098]
其中，z
实g
为监测点对应的图像采集单元的实际竖向位移量。
[0099]
在一个具体实施例中，如图1～3所示，桥梁主跨长度为600米，利用监测系统对桥梁线形进行监测的具体监测方法包括如下步骤：
[0100]
(1)如图1中所示，将监测靶标2沿桥梁纵向间隔设置在桥梁主跨上，并选择量程至少为200米的多目摄像机作为图像采集单元，同时分别在桥梁两侧主跨支撑位置处分别设置了第一图像采集单元3，并以200米为纵向间隔距离，在两个第一图像采集单元3之间的桥梁主跨上的横隔板上依次设置了两个第二图像采集单元4，形成从左向右依次监测和从右向左依次监测的正、反两个方向上的监测系统，并在每个图像采集单元的安装位置处同步安装有双轴倾角仪。同时，为了进一步对第一图像采集单元3的实时位置进行校准，优选实施例中在桥梁主跨两侧200米内的辅助墩顶上设置有基准靶标1。相应地，对应以上信息采集设备安装数据处理装置。
[0101]
如图2和图3中所示，将安装的各双目摄像机依次标号为gd01、gd02、gd03、gd04，其中gd01和gd04为第一图像采集单元3，gd02、gd03为第二图像采集单元4。同时将每相邻两双目摄像机之间设置有n个监测靶标2，以每段间距中第n个靶标为例，并依次标注为b
1n
、b
2n
、b
3n
，形成如图2所示的双目摄像机gd01监测b
1n
、双目摄像机gd02监测b
2n
、双目摄像机gd03监测b
3n
的正向监测系统，和形成如图3所示的双目摄像机gd04监测b
3n
、双目摄像机gd03监测b
2n
、双目摄像机gd02监测b
1n
的反向监测系统。
[0102]
(2)记录正、反两个监测系统内基准靶标1、监测靶标2和双目摄像机的位置初始值
[0103]
(3)对桥梁进行实时监测，并提取列车过桥时各信息采集设备的实测值。如图2中所示，其中将正向监测系统中θ1为双目摄像机gd01对应双轴倾角仪绕y轴竖向转角，θ2为双目摄像机gd02对应双轴倾角仪绕y轴竖向转角，θ3为双目摄像机gd03对应双轴倾角仪绕y轴竖向转角，以上转角绕水平轴顺时针为正值，逆时针为负值；x
1g2
为多目摄像机gd01与gd02纵向x轴距离，x
2g3
为多目摄像机gd02与gd03纵向x轴距离，x
3g4
为多目摄像机gd03与gd04纵向x轴距离；x
1n
为多目摄像机gd01与靶标b
1n
纵向x轴距离，x
2n
为多目摄像机gd02与靶标b
2n
纵向x轴距离，x
3n
为多目摄像机gd03与靶标b
3n
纵向x轴距离；z
1n
为b
1n
靶标距多目摄像机gd01光电中心线竖向z轴距离，z
2n
为b
2n
靶标距多目摄像机gd02光电中心线竖向z轴距离，z
3n
为b
3n
靶标距多目摄像机gd03光电中心线竖向z轴距离；z
g2
为多目摄像机反向装置gd02距gd01光电中心线竖向z轴距离，z
g3
为多目摄像机反向装置gd03距gd02光电中心线竖向z轴距离。
[0104]
相应地，如图3中所示，反向监测系统中，θ
’4为双目摄像机gd04对应双轴倾角仪绕y轴竖向转角，θ
’3为双目摄像机gd03对应双轴倾角仪绕y轴竖向转角，θ
’2为双目摄像机gd02对应双轴倾角仪绕y轴竖向转角，以上转角绕水平轴顺时针为负值，逆时针为正值；z’g2
为多目摄像机gd02距gd03光电中心线竖向z轴距离，z’g3
为多目摄像机gd03距gd04光电中心线竖
向z轴距离；z’1n
为b
1n
靶标距多目摄像机反向装置gd02光电中心线竖向z轴距离，z’2n
为b
2n
靶标距多目摄像机反向装置gd03光电中心线竖向z轴距离，z’3n
为b
3n
靶标距多目摄像机反向装置gd04光电中心线竖向z轴距离。
[0105]
(4)计算各监测点的竖向位移量。
[0106]
(4.1)利用公式计算各监测点与对应的图像采集单元中心线之间的垂直距离z
1n
、z
2n
、z
3n
、z
g2
、z
g3
。
[0107]
(4.2)分别计算靶标b
1n
的实际竖向位移量z
实1n
和多目摄像机gd02的实际竖向位移量z
实g2
：
[0108][0109][0110]
(4.3)根据多目摄像机gd02的实际竖向位移量z
实g2
，计算靶标b
2n
的实际竖向位移量z
实2n
和多目摄像机gd03的实际竖向位移量z
实g3
为：
[0111][0112][0113]
(4.4)根据多目摄像机gd03的实际竖向位移量z
实g2
，计算靶标b
3n
的实际竖向位移量z
实3n
为：
[0114][0115]
(5)进一步地，对反向监测系统中各监测点的实际位移量进行计算，具体包括如下内容：
[0116]
(5.1)利用公式计算各监测点与对应的图像采集单元中心线之间的垂直距离z’1n
、z’2n
、z’3n
、z’g2
、z’g3
。
[0117]
(5.2)分别计算靶标b
3n
竖向位移量z’实3n
和多目摄像机gd03竖向位移量z’实g3
为：
[0118][0119][0120]
(5.3)分别计算靶标b
2n
竖向位移量z’实2n
和多目摄像机gd02竖向位移量z’实g2
为：
[0121][0122][0123]
(5.4)计算靶标b
1n
竖向位移量z’实1n
为：
[0124][0125]
(6)将正、反两个方向上得出每个监测靶标2的两个竖向位移量计算平均值作为对应的监测靶标2的实际竖向位移量，并基于最小二乘法对其进行线形拟合，得出闭合的桥梁线形。
[0126]
本发明中的桥梁线形监测系统及方法，其通过间隔设置在桥体上的监测装置实时对桥梁线形进行测量，其测量范围广、精度高、频率高，创新突破了超大跨度铁路桥梁如何监测获取高频列车行驶过程主梁线形的技术难题，能够及时发现潜在的病害和风险，具有较好的经济和社会效益，具有广泛的应用前景。
[0127]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。