一种基于单目机器视觉的桥梁伸缩装置监测方法及系统与流程

本发明涉及桥梁健康监测，具体涉及一种基于单目机器视觉的桥梁伸缩装置监测方法及系统。

背景技术：

1、桥梁伸缩装置是保证桥梁在各种环境条件下发生正常伸缩变形的关键构件，伸缩装置的正常工作是运营期桥梁边界条件符合初始设计要求的基础，伸缩装置的失效将会造成桥梁受力偏离设计意图，可能会导致严重的桥梁安全和使用性能问题。

2、对于长大跨公路桥梁而言，大型模数式或多中梁式伸缩装置是经典伸缩装置方案，但上述构件频繁出现病害，其平均寿命远低于桥梁设计寿命，维护费用占长大跨公路桥梁维护费用的20%，而寿命短、维护贵的一部分原因在于伸缩装置的早期异常识别较为困难，后期发现伸缩装置工作异常时只能被迫采用加固或更换方案。此外，对于铁路桥梁上的梁端伸缩装置，伸缩变位情况还会影响轨道平顺性，对铁路行车安全有关键控制作用。因此，智能监测桥梁伸缩装置服役全历程，及时预警伸缩装置异常状态，是其运维的关键问题。

3、相关技术中，大型伸缩装置方案一般由边梁、中梁、支承横梁、滑动支承、位移控制系统和密封橡胶等构件组成。伸缩装置卡死和滑动支承磨损是两种经典的伸缩装置系统病害，现有的伸缩装置监测系统多是基于主梁温度传感器和安装在伸缩装置的中梁和主梁之间的接触式位移计，其纵向位移测点数目少，只能做伸缩装置卡死的整体评估，无法定位伸缩装置卡死位置和监测各滑动支承的磨损发展。

技术实现思路

1、本技术提供一种基于单目机器视觉的桥梁伸缩装置监测方法及系统，解决相关技术中接触式位移监测方案无法定位伸缩装置卡死位置及监测滑动支承磨损发展的技术问题。

2、第一方面，本技术实施例提供一种基于单目机器视觉的桥梁伸缩装置监测方法，包括以下步骤：

3、在桥梁的伸缩装置一侧布置一个相机，在所述伸缩装置四周布置至少4个第一视觉标记物，形成两组正交的平行线，以组成桥面坐标系；

4、通过所述相机获取包含所述伸缩装置的第一图像；

5、确定伸缩装置关键点；

6、基于所述第一图像解算所述伸缩装置关键点在所述桥面坐标系下的实时坐标；

7、所述伸缩装置关键点的实时坐标与基准坐标进行对比，以获得所述伸缩装置内部多根中梁位移以及各中梁间距；

8、基于所述各中梁间距定位所述伸缩装置的卡死位置和监测各滑动支承的磨损发展。

9、结合第一方面，在一种实施方式中，所述通过所述相机获取包含所述伸缩装置的第一图像包括：

10、通过所述相机对所述伸缩装置所在的区域进行连续拍摄或定期拍摄，以获得包含所述伸缩装置的图片流数据，其中，所述相机的视野覆盖所述伸缩装置全景；

11、对所述图片流数据进行车辆检测；

12、若所述图片流数据的某图片中所述伸缩装置的四周出现车辆，则删除该图片；

13、若所述图片流数据的某图片中所述伸缩装置的四周未出现车辆，则该图片作为第一图像。

14、结合第一方面，在一种实施方式中，所述确定伸缩装置关键点包括：

15、对所述第一图像进行直线识别，以识别出中梁的边缘线，将所述边缘线的端点作为所述伸缩装置关键点。

16、结合第一方面，在一种实施方式中，所述确定伸缩装置关键点包括：

17、在每根中梁梁端布置若干个第二视觉标记物，以形成所述中梁的特征线，将所述特征线上的第二视觉标记物作为所述伸缩装置关键点。

18、结合第一方面，在一种实施方式中，所述基于所述第一图像解算所述伸缩装置关键点在所述桥面坐标系下的实时坐标包括：

19、基于所述第一图像获取图像坐标系下某一伸缩装置关键点成像 pi点坐标；

20、通过所述图像坐标系和世界坐标系进行转换，获取所述世界坐标系下所述p点坐标；

21、转换公式为：

22、；

23、其中， f为相机焦距； r为相机外参旋转矩阵；为相机外参平移向量； cx和 cy分别为相机两个方向的光心偏移； ∆为像元尺寸；

24、基于所述转换公式，解算出所述伸缩装置关键点 pi点在所述桥面坐标系下实时坐标为；

25、其中，。

26、结合第一方面，在一种实施方式中，所述相机外参旋转矩阵 r和相机外参平移向量 t通过相机自定位方法获取，包括以下步骤：

27、基于所述第一图像识别所述图像坐标系下4个第一视觉标记物成像点的图像坐标；

28、计算所述图像坐标系下4个第一视觉标记物所形成的两组正交平行线的交点的像素坐标；

29、通过所述图像坐标系与相机坐标系进行转换，计算所述交点在相机坐标系下的坐标；

30、计算所述桥面坐标系在所述相机坐标系下的单位方向向量，以获取所述相机外参旋转矩阵 r；

31、计算2个所述第一视觉标记物在所述图像坐标系下的像素坐标和在所述相机坐标系下的坐标，以获取所述相机外参平移向量 t。

32、结合第一方面，在一种实施方式中，所述基于所述各中梁间距定位所述伸缩装置的卡死位置和监测各滑动支承的磨损发展包括：

33、在靠近所述伸缩装置的主梁表面布置温度传感器，以检测温度；

34、当温度变化时，以某中梁间距不发生变动的位置作为所述伸缩装置的卡死位置；

35、以各中梁累计行程为指标检测各中梁下滑动支承的磨损发展。

36、结合第一方面，在一种实施方式中，所述第一视觉标记物为圆点靶标时，根据椭圆拟合方法识别所述圆点靶标的位置，定位其中心。

37、第二方面，本技术实施例还提供一种基于单目机器视觉的桥梁伸缩装置监测系统，其包括：

38、传感装置，所述传感装置包括：一个相机，布置在桥梁的伸缩装置一侧，被配置为：获取包含所述伸缩装置的第一图像；至少4个第一视觉标记物，布置在所述伸缩装置四周，形成两组正交的平行线，以组成桥面坐标系；

39、坐标解算模块，被配置为：确定伸缩装置关键点；基于所述第一图像解算所述伸缩装置关键点在所述桥面坐标系下的实时坐标；

40、位移识别模块，被配置为：所述伸缩装置关键点的实时坐标与基准坐标进行对比，以获得所述伸缩装置内部多根中梁位移以及各中梁间距；

41、病害识别模块，被配置为：基于所述各中梁间距定位所述伸缩装置的卡死位置和监测各滑动支承的磨损发展。

42、结合第二方面，在一种实施方式中，所述传感装置还包括：在靠近所述伸缩装置的主梁表面布置的温度传感器，以检测温度。

43、本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：

44、本技术提供一种基于单目机器视觉的桥梁伸缩装置监测方法，基于单目机器视觉获取包含伸缩装置的第一图像，通过提前布置的第一视觉标记物解算伸缩装置关键点的实时坐标，从而获取伸缩装置内部多根中梁位移及间距，通过中梁间距变化精确定位伸缩装置卡死位置、有利于跟踪滑动支承的磨损发展，以尽可能少的接触测量监测长大跨桥梁伸缩装置状态，组成简单、现场布置方便，系统调试和维护简单，有利于已有桥梁监测系统中伸缩装置监测子系统的增补；尤其是各中梁的相对位移基于同一第一图像中各中梁视觉特征而获取得到，采集时刻相同，具有多中梁纵向位移测量同步特性，省却复杂的多通道测量同步设备。