一種基于ccd的多通道橋梁撓度監測系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及橋梁撓度監測系統及方法，特別涉及一種基于CCD的多通道橋梁撓度 監測系統及方法。
【背景技術】
[0002] 橋梁撓度監測對于了解現役橋梁的健康狀況和工作狀態具有重要意義，并且可為 橋梁的承載力和運營狀況提供重要參考依據。現有的撓度測量方法可以分為傳統測量方法 和自動測量方法，傳統測量方法包括：百分表測量方法、精密水準儀測量方法和全站儀測量 方法。其中百分表是接觸式的，測量時需要將儀器安裝到橋梁結構，與橋梁結構直接接觸； 精密水準儀需要使用標尺，標定不便；全站儀受環境影響較大，價格昂貴。且此三種方法均 適合短期測量，不適合野外長期監測。
[0003] 自動測量方法包括加速度計測量方法、基于微波干涉的撓度測量方法、GPS測量方 法、測量機器人撓度測量方法、張力線測量方法、基于傾角方式的測量方法和基于連通管方 式的測量方法。加速度計采集到的數據中高頻成分比重很大，根據加速度數據積分計算位 移的時候，低頻成分會被掩埋，而橋梁的撓度恰好屬于低頻成分，同時，兩次積分運算也會 引入誤差，因此，這種方法的精度不高。基于微波干涉的撓度測量方法根據橋梁變形前后反 射波的相位差來計算橋梁撓度，該方法的測量精度高，但是不適用于橋梁橫向和縱向同時 發生明顯變形的情況。GPS測量方法的實用性很好，但是使用衛星，成本很高，測量精度為厘 米級。測量機器人撓度測量方法是在全站儀測量方法基礎上進行的自動化和智能化處理， 成本較高。張力線測量方法需要布設接觸式的傳感器，材料的選取很難，工程應用性不好。 基于傾角方式的測量方法成本較高，不適合大范圍密集測量。基于連通管方式的測量方法 需要在橋梁主梁上布設連通管線，操作復雜，工程實用性不強。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的是為了解決現有技術操作不便、不適合長期監測、測量精度不高、成 本較高、應用性不高、操作復雜以及工程實用性不強的問題，而提出的一種基于CCD的多通 道橋梁撓度監測系統及方法。
[0005] 上述的發明目的是通過以下技術方案實現的：
[0006] 一種基于C⑶的多通道橋梁撓度監測系統具體包括：
[0007] 圖像采集模塊、撓度處理模塊、參數輸入模塊和操作按鈕模塊；其中，撓度處理模 塊包括撓度曲線子模塊和撓度數值子模塊；操作按鈕模塊包括圖像預覽子模塊、圖像采集 子模塊、停止預覽子模塊、停止采集子模塊和標定子模塊。
[0008] -種的基于CXD的多通道橋梁撓度監測方法是基于C⑶的多通道橋梁撓度監測 裝置實現的，所述的裝置包括多路CCD相機、靶標、射燈、鏡頭、相機支架、射燈支架、時控開 關、多通道圖像采集卡和計算機組成；一種基于CCD的多通道橋梁撓度監測方法具體計算 過程如下：
[0009] 步驟一、由于橋梁受載荷作用，每臺CCD相機獲得橋梁撓度變形后的靶標圖像；
[0010] 步驟二、假設t。時刻的靶標圖像的參考子區中心的坐標為（X。，y。）A1時刻橋梁發 生變形，變形后的靶標圖像的變形子區中心的坐標為（X1^1);
[0011] 步驟三、通過數字圖像相關方法（Digitalimagecorrelation,DIC)計算變形時 刻^的變形子區的中心坐標（xDyi)，選擇的相關系數為零均值歸一化互相關系數CZNec，如 式⑴所示：
[0013] 式中，f(u，v)為參考子區中點（u，v)位置處的灰度值，參考子區大小為 (2M+1)X(2M+1) ;g(u'，V'）為在變形子區中與點（u，V)對應的點（u'，V'）的灰度值；7為 參考子區中各點f(u，v)的灰度平均值；i為變形子區中各點g(u'，v'）的灰度平均值；
[0014] 步驟四、選擇的亞像素搜索方法為二次曲面擬合方法；設相關系數矩陣Czncc中絕 對值最大的元素的位置為Q(X。，y。)，由Q及其周圍的8個整像素點共9個像素點形成局部 二次曲面，二次曲面方程如式（2)所示：
[0015]C> (x,y) =ax2+by2+cxy+dx+ey+f (2)
[0016]a、b、c、d、e和f為擬合多項式的系數；
[0017] 步驟五、通過9個像素點的位置以及9個像素點對應位置處的相關系數值，擬合出
區中心坐標在變形圖像上的位置（U1);
[0018] 步驟六、^時刻變形子區中心坐標（xi，yi)與初始時刻參考子區中心坐標（x。，y。） 的差值，即為h時刻橋梁測點處的水平和垂直位移（Ax，Ay)，如式（3)所示：
[0020] 其中，AX為^時刻橋梁測點處的水平位移，Ay為ti時刻橋梁測點處的垂直位 移，即橋梁撓度數值。
[0021] 發明效果
[0022] 本發明的目的在于為橋梁撓度長期監測提供一種非接觸、快速、高精度的基于CCD 的多通道橋梁撓度監測系統及方法；CCD檢測成像技術作為一種重要的無損檢測手段，具 有非接觸、成本較低、較高精度、操作簡單等優點，在許多工程測量領域內發揮了巨大作用。 CCD相機可以較好地滿足橋梁撓度監測的各項需求。
[0023] 本發明可根據橋梁撓度監測需求設定參數，多通道C⑶相機同步采集、圖像處理、 標尺標定、撓度計算、曲線顯示、數據存儲及提供監測報告等功能，具有實時采集、快速處 理、操作簡單等優點，適于橋梁結構撓度變形的長期健康監測。
【附圖說明】
[0024] 圖I(a)為實施例提出的t。時刻靶標圖像位置示意圖；
[0025] 圖I(b)為實施例提出的h時刻靶標圖像位置示意圖；
[0026] 圖2為實施例提出的4通道C⑶相機橋梁撓度監測系統示意圖；
[0027] 圖3(a)為實施例提出的靶標圓斑面示意圖；
[0028] 圖3(b)為實施例提出的靶標安裝示意圖；
[0029] 圖4為實施例提出的相機和射燈安裝示意圖；
[0030] 圖5 (a)為實施例提出的CCD相機標定圖片；
[0031] 圖5 (b)為實施例提出的CCD相機標定完成圖片；
[0032] 圖6為實施例提出的4通道C⑶橋梁撓度監測軟件界面示意圖；
[0033] 圖7為實施例提出的圖6中圖像采集模塊顯示的測點1~4的靶標圖像放大示意 圖；
[0034] 圖8為實施例提出的圖6中撓度曲線子模塊顯示的橋梁測點撓度曲線放大示意 圖；
[0035] 圖9為實施例提出的圖6中參數輸入模塊中參數輸入放大示意圖；
[0036] 圖10為實施例提出的圖6中操作按鈕模塊中撓度監測按鈕輸入放大示意圖；
[0037] 圖11為實施例提出的圖6中撓度數值子模塊中橋梁撓度測點布置放大示意圖；
[0038] 圖12為實施例提出的一種基于CXD的多通道橋梁撓度監測系統操作流程圖；
[0039] 圖13為實施例提出的一種基于C⑶的多通道橋梁撓度監測系統的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0040]
【具體實施方式】一：本實施方式的一種基于CCD的多通道橋梁撓度監測系統，其特 征在于一種基于CCD的多通道橋梁撓度監測系統具體包括：圖像采集模塊、撓度處理模塊、 參數輸入模塊和操作按鈕模塊；其中，撓度處理模塊包括撓度曲線子模塊和撓度數值子模 塊；操作按鈕模塊包括圖像預覽子模塊、圖像采集子模塊、停止預覽子模塊、停止采集子模 塊和標定子_吳塊；
[0041] 參數輸入模塊和操作按鈕模塊是基于CCD((chargecoupleddevice,電荷親合器 件）的多通道橋梁撓度監測系統的核心部分，用于控制完成圖像采集和數據分析計算。
[0042]
【具體實施方式