本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用雙目視覺位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析輸電塔-輸電線位移耦合的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

近年來，輸電塔在強(qiáng)風(fēng)作用下倒塌的事故時(shí)有發(fā)生，給人民的生命和財(cái)產(chǎn)造成了極大的威脅。但是由于輸電塔和輸電塔線在風(fēng)荷載作用下的耦合作用，研究人員很難對(duì)輸電塔的破壞情況進(jìn)行判斷，其中對(duì)于塔-線位移耦合影響，缺乏有效的監(jiān)測(cè)技術(shù)也就無法提出有效的解決輸電塔倒塌的措施。

由于輸電塔-線結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的局限，運(yùn)用傳統(tǒng)的傳感器如加速度傳感器、位移傳感器、激光傳感器或者全球定位系統(tǒng)等，已經(jīng)滿足不了對(duì)輸電塔-線結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)位移監(jiān)測(cè)的要求，因而也無法準(zhǔn)確評(píng)估結(jié)構(gòu)位移耦合程度。常規(guī)圖像處理技術(shù)通過靈活組合多種圖像處理算法可完成各種場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)圖像的分析和信息的提取，然而常規(guī)圖像處理手段也存在的諸多問題，如參數(shù)多，難調(diào)整；步驟多，繁瑣易出錯(cuò)；對(duì)圖像質(zhì)量要求高,光照、噪聲對(duì)算法執(zhí)行效果有直接影響等。

為了更準(zhǔn)確、方便地分析塔-線耦合結(jié)構(gòu)位移相互耦合程度，需要獲得結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)位移或變位信息，急需另外一種高效的、實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)位移及變形監(jiān)測(cè)技術(shù)，以獲取塔線耦合模態(tài)來分析輸電塔-線位移耦合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明利用了一種采用機(jī)器雙目視覺技術(shù)的、高效的、準(zhǔn)確的輸電塔-線體系實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析輸電塔-線位移耦合的系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案是：一種輸電塔及輸電線位移耦合的分析系統(tǒng)，其特征在于：包括輸電塔測(cè)量靶標(biāo)、輸電線測(cè)量靶標(biāo)、輸電塔雙目識(shí)別監(jiān)系統(tǒng)、輸電線雙目識(shí)別系統(tǒng)；

所述輸電塔測(cè)量靶標(biāo)若干，根據(jù)需要設(shè)置在輸電塔上；所述輸電線測(cè)量靶標(biāo)若干，根據(jù)需要設(shè)置在輸電線上；

所述輸電塔雙目識(shí)別監(jiān)系統(tǒng)包括兩個(gè)高速攝像機(jī)，兩個(gè)高速攝像機(jī)布置在輸電塔下方，用于獲取輸電塔測(cè)量靶標(biāo)的三維坐標(biāo)；

所述輸電線雙目識(shí)別系統(tǒng)包括兩個(gè)高速攝像機(jī)，兩個(gè)高速攝像機(jī)布置在輸電線下方，用于獲取輸電線測(cè)量靶標(biāo)的三維坐標(biāo)；

四個(gè)高速攝像機(jī)均與圖像處理計(jì)算機(jī)通過傳輸導(dǎo)線連接，所述圖像處理計(jì)算機(jī)讀取所述高速攝像機(jī)拍攝得到的幀系列照片中測(cè)量靶標(biāo)的三維坐標(biāo)，進(jìn)而計(jì)算輸電塔和輸電線各測(cè)點(diǎn)在不同測(cè)定周期內(nèi)的空間位移，分析沿輸電塔測(cè)點(diǎn)布置方向輸電塔位移對(duì)輸電線特定測(cè)點(diǎn)位移耦合度。

本發(fā)明的方法所采用的技術(shù)方案是：一種輸電塔及輸電線位移耦合的分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：獲取實(shí)時(shí)風(fēng)速風(fēng)向；

步驟2：計(jì)算舞動(dòng)后輸電線和振動(dòng)后輸電塔的空間位移函數(shù)，進(jìn)而計(jì)算輸電塔和輸電線各測(cè)點(diǎn)在不同測(cè)定周期內(nèi)的空間位移；

步驟3：選定固定參考點(diǎn)，考慮沿輸電塔測(cè)點(diǎn)布置方向輸電塔位移對(duì)輸電線第i測(cè)點(diǎn)位移耦合度，定義位移耦合系數(shù)并整理測(cè)試結(jié)果；

步驟4：分析沿輸電塔測(cè)點(diǎn)布置方向輸電塔位移對(duì)輸電線特定測(cè)點(diǎn)位移耦合度。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1、該方法有良好的操作性及穩(wěn)定性，并具有高采樣率、高精度、非接觸及實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸電塔-線耦聯(lián)體在不同風(fēng)速和風(fēng)向情況下的動(dòng)態(tài)位移和變形的有效監(jiān)控；

2、輸電塔風(fēng)致振型復(fù)雜、難以計(jì)算，該系統(tǒng)利用圖像處理軟件能夠準(zhǔn)確讀取同一時(shí)刻所有靶標(biāo)的三維坐標(biāo)，利用相應(yīng)算法和動(dòng)力學(xué)原理推算出輸電塔、輸電線在不同風(fēng)速和風(fēng)向下的振動(dòng)模態(tài)，從而分析輸電塔-線內(nèi)共振的研究提供依據(jù)；

3、該方法能夠?qū)旊娝L(fēng)致振動(dòng)破壞形態(tài)進(jìn)行預(yù)估，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化；

4、與傳統(tǒng)的模態(tài)獲取方法相比，該方法的儀器回收率高，人力要求低，經(jīng)濟(jì)性好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的方法流程圖。

具體實(shí)施方法

為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請(qǐng)見圖1，本發(fā)明提供的一種輸電塔及輸電線位移耦合的分析系統(tǒng)，包括輸電塔測(cè)量靶標(biāo)1、輸電線測(cè)量靶標(biāo)2、輸電塔雙目識(shí)別監(jiān)系統(tǒng)7、輸電線雙目識(shí)別系統(tǒng)8；輸電塔測(cè)量靶標(biāo)1若干，根據(jù)需要設(shè)置在輸電塔5上；輸電線測(cè)量靶標(biāo)2若干，根據(jù)需要設(shè)置在輸電線3上；輸電塔雙目識(shí)別監(jiān)系統(tǒng)7包括兩個(gè)高速攝像機(jī)，兩個(gè)高速攝像機(jī)布置在輸電塔5下方，用于獲取輸電塔測(cè)量靶標(biāo)1的三維坐標(biāo)；輸電線雙目識(shí)別系統(tǒng)8包括兩個(gè)高速攝像機(jī)，兩個(gè)高速攝像機(jī)布置在輸電線3下方，用于獲取輸電線測(cè)量靶標(biāo)2的三維坐標(biāo)；四個(gè)高速攝像機(jī)均與圖像處理計(jì)算機(jī)通過傳輸導(dǎo)線連接，圖像處理計(jì)算機(jī)讀取高速攝像機(jī)拍攝得到的幀系列照片中測(cè)量靶標(biāo)的三維坐標(biāo)，進(jìn)而計(jì)算輸電塔5和輸電線3各測(cè)點(diǎn)在不同測(cè)定周期內(nèi)的空間位移，分析沿輸電塔測(cè)點(diǎn)布置方向輸電塔5位移對(duì)輸電線3特定測(cè)點(diǎn)位移耦合度。

本實(shí)施例的高速攝像機(jī)的幀數(shù)為1000～1500幀/s，風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量裝置為phwe測(cè)風(fēng)儀。

請(qǐng)見圖2，本發(fā)明提供的一種輸電塔及輸電線位移耦合的分析方法，包括以下步驟：

步驟1：利用phwe測(cè)風(fēng)儀進(jìn)行風(fēng)速風(fēng)向測(cè)試；

步驟2：在輸電塔-輸電線體系的下方布置兩個(gè)高速攝像機(jī)，利用輸電塔雙目識(shí)別監(jiān)系統(tǒng)7、輸電線雙目識(shí)別系統(tǒng)8以及在輸電塔5上輸電塔測(cè)量靶標(biāo)1的和輸電線3上的輸電線測(cè)量靶標(biāo)2將三維實(shí)體靶標(biāo)位置投影到左右相機(jī)二維圖像之中，原理表示為：

x＝k[r|t]·x

隨后采用基于立體視覺的3d重建，將左相機(jī)坐標(biāo)plj[xlj,ylj]與右相機(jī)坐標(biāo)prj[xrj,yrj]進(jìn)行位移演變，獲取靶點(diǎn)的三維坐標(biāo)pj＝(xj,yj,zj)。

若將某一時(shí)刻所有靶點(diǎn)的坐標(biāo)在軟件中進(jìn)行呈現(xiàn)時(shí)，就能模擬出輸電塔特定點(diǎn)的實(shí)時(shí)位置得到空間位移函數(shù)，進(jìn)一步將某一時(shí)間段不同時(shí)刻的輸電塔和輸電線進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，利用計(jì)算機(jī)得到耦聯(lián)體的測(cè)點(diǎn)輸電塔空間位移函數(shù)sij：

sij(ti)＝f[ti,gj(x,y,z)]；

第一測(cè)定周期內(nèi)輸電塔某測(cè)點(diǎn)i的空間位移：

同理可得第一測(cè)定周期內(nèi)其他測(cè)點(diǎn)空間位移u21、u31、u41；

重復(fù)測(cè)定周期可得空間位移u12、u22、u32、u42和u13、u23、u33、u43、···；

根據(jù)某測(cè)點(diǎn)輸電線空間位移函數(shù)：

lij(ti)＝f[ti,gj(x,y,z)]；

同理可得不同周期內(nèi)不同測(cè)點(diǎn)輸電線空間位移v11、v21、v31、v41和v12、v22、v32、v42和v13、v23、v33、v43.。

步驟3：對(duì)于導(dǎo)線第一測(cè)點(diǎn)，考慮沿輸電塔測(cè)點(diǎn)布置方向輸電塔位移對(duì)導(dǎo)線第一測(cè)點(diǎn)位移耦合度，定義位移耦合系數(shù)α12，α12…整理測(cè)試結(jié)果如表1：

表1

步驟4：利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析沿輸電塔測(cè)點(diǎn)布置方向輸電塔位移對(duì)輸電線第一測(cè)點(diǎn)位移耦合度，具體步驟如下：

記：

求得

查f分布分位數(shù)得到f1-α(3,8)，若f>f1-α(3,8)，則認(rèn)為沿輸電塔測(cè)點(diǎn)布置方向輸電塔位移對(duì)輸電線第一測(cè)點(diǎn)位移耦合明顯；若f<f1-α(3,8)，則認(rèn)為沿輸電塔測(cè)點(diǎn)布置方向輸電塔位移對(duì)輸電線第一測(cè)點(diǎn)位移耦合不明顯。

同樣的方法可以分析沿輸電線測(cè)點(diǎn)布置方向輸電線位移對(duì)輸電塔特定測(cè)點(diǎn)的位移耦合度。

盡管本說明書較多地使用了輸電塔測(cè)量靶標(biāo)1、輸電線測(cè)量靶標(biāo)2、輸電線3、舞動(dòng)后輸電線4、輸電塔5、振動(dòng)后輸電塔6、輸電塔雙目識(shí)別監(jiān)系統(tǒng)7、輸電線雙目識(shí)別系統(tǒng)8等術(shù)語，但并不排除使用其他術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便的描述本發(fā)明的本質(zhì)，把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請(qǐng)求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。