1.一种桥梁挠度检测系统,其特征在于,包括多个靶标(1),图像采集装置(2)、激光测距模块(3)、挠度计算模块和操作单元,其中,图像采集装置(2)和挠度计算模块均与操作单元连接;图像采集装置(2)和激光测距模块(3)均与挠度计算模块连接;
待测桥梁的每个待测点处分别设置一个靶标(1);
图像采集装置(2)用于采集待测桥梁未受到荷载时的靶标(1)的初始图像和待测桥梁受到荷载时的靶标(1)的目标图像;
激光测距模块(3)用于测量图像采集装置(2)与靶标(1)之间的距离;
将所述初始图像、目标图像以及图像采集装置(2)与靶标(1)之间的距离均输入到挠度计算模块中,计算得到待测点处的挠度值;
所述挠度值由挠度计算模块传输到操作单元内,操作单元显示计算得到的挠度值;
图像采集装置(2)将采集到的实时图像传输到操作单元内,操作单元用于控制图像采集装置(2)使得图像采集装置(2)能够采集到靶标(1)的图像。
2.如权利要求1所述的桥梁挠度检测系统,其特征在于,所述图像采集装置(2)包括望远镜光学系统(21)、面阵CCD相机(22)和云台(23),望远镜光学系统(21)安装在云台(23)的上方,面阵CCD相机(22)通过支架安装在望远镜光学系统(21)的后方。
3.如权利要求2所述的桥梁挠度检测系统,其特征在于,所述操作单元包括图像显示模块、挠度显示模块、云台控制模块和云台位置记录模块。
4.一种应用权利要求3所述的桥梁挠度检测系统进行桥梁挠度检测的方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一,在待测桥梁的待测点的一侧设置一个标定板,对桥梁挠度检测系统进行标定,得到望远镜光学系统(21)前端与标定板之间的距离L和单位像素所代表的位移值之间的函数关系f(L);
步骤二,面阵CCD相机(22)获取待测桥梁的实时图像,传送到所述图像显示模块中显示;调节云台(23)下方的三脚架,调整云台(23)的竖直位置,并利用所述云台控制模块调整云台(23)的水平位置,使得图像显示模块中显示待测点处的靶标(1)的图像;
步骤三,利用激光测距模块(3)获取望远镜光学系统(21)前端与靶标(1)之间的距离L靶标,并输送到挠度计算模块中;
步骤四,利用面阵CCD相机(22)采集桥梁未受荷载作用时所述靶标(1)的初始图像P,并输送到挠度计算模块中;
步骤五,对桥梁施加荷载,利用面阵CCD相机(22)采集桥梁受到荷载作用时所述靶标(1)的目标图像Q,并输送到挠度计算模块中;
步骤六,挠度计算模块利用望远镜光学系统(21)前端与靶标(1)之间的距离L靶标、初始图像P、目标图像Q以及函数关系f(L),计算得到所述靶标(1)所在的桥梁待测点的挠度;
步骤七,将步骤六得到的挠度值显示在所述挠度显示模块上,云台位置记录模块记录云台(23)此时所处的水平位置;
步骤八,通过云台控制模块控制云台(23)水平转动,针对桥梁其他待测点上设置的靶标(1)重复实施步骤二~步骤七,实现对所有待测点挠度的检测。
5.如权利要求4所述的桥梁挠度检测的方法,其特征在于,所述步骤一中的对桥梁挠度检测系统进行标定,得到望远镜光学系统(21)前端与标定板之间的距离L与单位像素所代表的位移值之间的函数关系f(L),具体包括以下步骤:利用图像采集装置(2)中的面阵CCD相机(23)对标定板进行拍摄,利用激光测距模块(3)获取望远镜光学系统(21)前端与标定板之间的距离L;根据标定板图像中单位距离所包含的像素点的个数,求得该距离L下,单位像素所代表的位移值;多次改变望远镜光学系统(21)前端与标定板之间的距离,得到不同距离L情况下,单位像素所代表的位移值;
以距离L为横坐标,以单位像素所代表的位移值为纵坐标,通过拟合的方法得到距离L与单位像素所代表的位移值之间的函数关系f(L)。
6.如权利要求5所述的桥梁挠度检测的方法,其特征在于,所述的利用激光测距模块(3)获取望远镜光学系统(21)前端与标定板之间的距离L,采用的公式如下:θ=θ1+θ2
L2=(a+L1)×cosθ
L=L2-b
其中,a为激光测距模块前端与其中心点之间的距离;b为望远镜光学系统前端与其中心点之间的距离;L1为激光测距模块测量得到的其前端与标定板之间的距离;L2为望远镜光学系统中心点与标定板之间的距离;θ1为激光测距模块与水平方向之间的夹角;θ2为望远镜光学系统与水平方向的夹角;θ为激光测距模块轴向与望远镜光学系统轴向之间的夹角。
7.如权利要求4所述的桥梁挠度检测的方法,其特征在于,所述步骤三中的利用激光测距模块(3)获取望远镜光学系统(21)前端与靶标(1)之间的距离L靶标,采用的公式如下:θ=θ1+θ2
L2=(a+L1)×cosθ
L靶标=L2-b
其中,a为激光测距模块前端与其中心点之间的距离;b为望远镜光学系统前端与其中心点之间的距离;L1为激光测距模块测量得到的其前端与靶标之间的距离;L2为望远镜光学系统中心点与靶标之间的距离;θ1为激光测距模块与水平方向之间的夹角;θ2为望远镜光学系统与水平方向的夹角;θ为激光测距模块轴向与望远镜光学系统轴向之间的夹角。
8.如权利要求4所述的桥梁挠度检测的方法,其特征在于,所述步骤六中的挠度计算模块利用望远镜光学系统(21)前端与靶标(1)之间的距离L靶标、初始图像P、目标图像Q以及函数关系f(L),计算得到所述靶标(1)所在的桥梁待测点的挠度,包括以下步骤:以像素为单位,在采集到的图像上建立m×n的靶面坐标系;
获取初始图像P上四个实心圆的圆心的纵坐标分别为y1,y2,y3,y4,计算得到桥梁未受到荷载作用时,靶标中心位置的纵坐标y为:获取目标图像Q上四个实心圆的圆心的纵坐标分别为y1’,y2’,y3’,y4’,计算得到桥梁受到荷载作用时,靶标中心位置的纵坐标y’为:计算靶面坐标系下靶标中心位置纵向偏移的像素个数:
Δy=y’-y
求望远镜光学系统(21)前端和所述靶标(1)之间的距离为L靶标时的f(L)值;
利用以下公式求所述靶标处的挠度值在投影面α上的挠度投影值Yα:Yα=f(L)×Δy
则所述靶标处的挠度值Y:
Y=Yα/cosθ2
其中,θ2为望远镜光学系统与水平方向的夹角。