本發(fā)明涉及攝像測量技術領域，具體涉及一種高層結構剪切變形的Z型攝像測量方法。

背景技術：

隨著計算機視覺、數(shù)字攝像機等技術的發(fā)展，攝像測量以其遠距離、非接觸、高分辨率等特點在結構健康監(jiān)測中得到迅速發(fā)展和應用。針對以剪切變形為主的高層結構的層間位移以及層間位移角測量，傳統(tǒng)攝像測量方法是在不動基準點放置數(shù)字攝像機來直接觀測各測點的位移，并利用層間位移與層間高度的比值獲取層間位移角。但該方法所獲得的層間位移角誤差較大，且不規(guī)則的高層結構在全高范圍內可能存在光路不通視的問題。若利用測斜儀來觀測層間位移角，雖能得到精確的層間位移角，但很大程度上增加了測量系統(tǒng)成本和復雜程度。因此，我們需要一種更加精確、能夠克服不通視光路的局限、且簡單低成本的新型攝像測量技術。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠精確測量層間位移角、能夠克服光路不通視的局限、操作簡單、成本低廉的高層結構剪切變形的Z型攝像測量方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術方案：一種高層結構剪切變形的Z型攝像測量方法，包括以下步驟：

(1)選取待測結構的其中一個側面布置剪切變形測點。根據(jù)層間位移及層間位移角的測量精度需求等，將待測結構沿高度進行分區(qū)，并采用Z型陣列布置剪切變形測點，即沿高度方向自下而上交替選取各個區(qū)段的左下角點和右下 角點為剪切變形測點，若第一區(qū)段選擇左下角點為剪切變形測點，則第二區(qū)段選擇右下角點為剪切變形測點，以此類推；

(2)構建單位測量系統(tǒng)，每個單位測量系統(tǒng)由標志物與一對(兩臺)數(shù)字攝像機組成。除底層測點處僅安裝一對數(shù)字攝像機以及頂端兩測點僅設置標志物外，其余測點處均安裝一個單位測量系統(tǒng)。標志物自下而上分別表示為T₁、T₂......T_n，每對數(shù)字攝像機自下而上分別表示為C_0LC_0R、C_1LC_1R......C_(n-2)LC_(n-2)R，由于測點采用Z型陣列布置，因此，奇數(shù)標志物與偶數(shù)標志物分立兩列，形成一個通透的相機鏈位系統(tǒng)；

(3)以底層測點為不動基準點，數(shù)字攝像機C_0L對標志物T₁進行監(jiān)測，獲取標志物T₁的側向位移δ₁，即第一區(qū)段的側向位移；C_0R對標志物T₂進行監(jiān)測，獲取標志物T₂的側向位移δ₂，即第二區(qū)段的側向位移；第一區(qū)段的層間位移即為其側向位移，第二區(qū)段的層間位移為第二區(qū)段的側向位移與第一區(qū)段的側向位移的差值；

(4)數(shù)字攝像機C_1R對標志物T₂進行監(jiān)測，獲取標志物T₂相對于數(shù)字攝像機C_1R光軸方向的平行偏移位移Δ_2,1；數(shù)字C_1L對標志物T₃進行監(jiān)測，獲取標志物T₃相對于數(shù)字攝像機C_1L光軸方向的平行偏移位移Δ_3,1；

(5)根據(jù)第一區(qū)段的側向位移δ₁、第二區(qū)段的側向位移δ₂、以及標志物T₂相對于數(shù)字攝像機C_1R光軸方向的平行偏移位移Δ_2,1，獲取第一區(qū)段的層間位移角，即：

(6)根據(jù)第一區(qū)段的側向位移δ₁、第二區(qū)段的側向位移δ₂、第一區(qū)段的層間位移角θ₁、以及標志物T₃相對于數(shù)字攝像機C_1L光軸方向的平行偏移位移Δ_3,1，獲取第三區(qū)段的側向位移，即：δ₃＝δ₁+(L₂+L₃)tanθ₁+Δ_3,1，第三區(qū)段的層間位移為第三區(qū)段的側向位移與第二區(qū)段的側向位移的差值；

(7)對于第三區(qū)段以上的各個區(qū)段，重復步驟(5)、步驟(6)，可依次得到各個區(qū)段的層間位移以及層間位移角，即：

δ_n＝δ_n-2+(L_n-1+L_n)tanθ_n-2+Δ_n,n-2(n≥3)。

作為優(yōu)選的，步驟(1)中，與傳統(tǒng)攝像測量方法將數(shù)字攝像機放置在不動基準點直接觀測各個區(qū)段的側向位移不同，新型Z型攝像測量法為了精確測量層間位移角，每個區(qū)段均安裝標志物和數(shù)字攝像機，每個測點可同時被相鄰以下兩個區(qū)段的數(shù)字攝像機監(jiān)測。為了形成通透的相機鏈位，采用Z型陣列布置剪切變形測點。

步驟(2)中，為了精確測量層間位移角以及層間位移，每個單位測量系統(tǒng)需設置兩臺攝像機，每臺數(shù)字攝像機分別監(jiān)測相鄰以上兩個區(qū)段的標志物。

步驟(3)、(4)中，除了位于底層測點處的數(shù)字攝像機外，其它測點處的數(shù)字攝像機監(jiān)測的并非是兩個標志物之間的相對位移，而是該標志物相對于數(shù)字攝像機光軸方向的平行偏移位移。

步驟(5)中，為了獲得真實的層間位移角，層間位移角的計算扣除了層間位移中標志物相對于數(shù)字攝像機光軸方向的平行偏移位移。

步驟(6)中，不同于傳統(tǒng)攝像測量方法中各個區(qū)段的側向側移可以直接觀測得到，新型Z型攝像測量法中各個區(qū)段的側向位移是在層間位移角、偏移位移的基礎上間接得到的。

本發(fā)明的優(yōu)點是：與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明能夠精確測量層間位移角、能夠克服光路不通視的局限、操作簡單、成本低廉。采用Z型陣列布置數(shù)字攝像機并在每個區(qū)段的測量系統(tǒng)增加一個額外的數(shù)字攝像機，創(chuàng)建多余的觀測值以避免使用測斜儀來測量層間位移角，大大節(jié)省成本以及降低測量難度。

下面結合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例單位測量系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例標志物偏移位移示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例的幾何關系圖。

具體實施方式

參見圖1、圖2和圖3，本發(fā)明公開的一種高層結構剪切變形的Z型攝像測量方法，包括以下步驟：

(1)選取待測結構的其中一個側面布置剪切變形測點。根據(jù)層間位移及層間位移角的測量精度需求等，將待測結構沿高度進行分區(qū)，并采用Z型陣列布置剪切變形測點，即沿高度方向自下而上交替選取各個區(qū)段的左下角點和右下角點為剪切變形測點，若第一區(qū)段選擇左下角點為剪切變形測點，則第二區(qū)段選擇右下角點為剪切變形測點，以此類推；

(2)構建單位測量系統(tǒng)，每個單位測量系統(tǒng)由標志物與一對(兩臺)數(shù)字攝像機組成。除底層測點處僅安裝一對數(shù)字攝像機以及頂端兩測點僅設置標志物外，其余測點處均安裝一個單位測量系統(tǒng)。標志物自下而上分別表示為T₁、T₂......T_n，每對攝像機自下而上分別表示為C_0LC_0R、C_1LC_1R......C_(n-2)LC_(n-2)R，如圖1所示，由于測點采用Z型陣列布置，因此，奇數(shù)標志物與偶數(shù)標志物分立兩列，形成一個通透的相機鏈位系統(tǒng)；

(3)以底層測點為不動基準點，數(shù)字攝像機C_0L對標志物T₁進行監(jiān)測，獲取標志物T₁的側向位移δ₁，即第一區(qū)段的側向位移；數(shù)字攝像機C_0R對標志物T₂進行監(jiān)測，獲取標志物T₂的側向位移δ₂，即第二區(qū)段的側向位移；第一區(qū)段的層間位移即為其側向位移，第二區(qū)段的層間位移為第二區(qū)段的側向位移與第一區(qū) 段的側向位移的差值；

(4)數(shù)字攝像機C_1R對標志物T₂進行監(jiān)測，獲取標志物T₂相對于數(shù)字攝像機C_1R光軸方向的平行偏移位移Δ_2,1；數(shù)字攝像機C_1L對標志物T₃進行監(jiān)測，獲取標志物T₃相對于數(shù)字攝像機攝像機C_1L光軸方向的平行偏移位移Δ_3,1，圖2所示。

(5)根據(jù)第一區(qū)段的側向位移δ₁、第二區(qū)段的側向位移δ₂、以及標志物T₂相對于數(shù)字攝像機C_1R光軸方向的平行偏移位移Δ₂₁，獲取第一區(qū)段的層間位移角，即：

(6)根據(jù)第一區(qū)段的側向位移δ₁、第二區(qū)段的側向位移δ₂、第一區(qū)段的層間位移角θ₁、以及標志物T₃相對于數(shù)字攝像機C_1L光軸方向的平行偏移位移Δ_3,1，獲取第三區(qū)段的側向位移，幾何關系圖3所示，即：δ₃＝δ₁+(L₂+L₃)tanθ₁+Δ_3,1，第三區(qū)段的層間位移為第三區(qū)段的側向位移與第二區(qū)段的側向位移的差值；

(7)對于第三區(qū)段以上的各個區(qū)段，重復步驟(5)、步驟(6)，可依次得到各個區(qū)段的層間位移以及層間位移角，即：

δ_n＝δ_n-2+(L_n-1+L_n)tanθ_n-2+Δ_n,n-2(n≥3)。

作為優(yōu)選的，步驟(1)中，與傳統(tǒng)攝像測量方法將數(shù)字攝像機放置在不動基準點直接觀測各個區(qū)段的側向位移不同，新型Z型攝像測量法為了精確測量層間位移角，每個區(qū)段均安裝標志物和數(shù)字攝像機，每個測點可同時被相鄰以下兩個區(qū)段的數(shù)字攝像機監(jiān)測。為了形成通透的相機鏈位，采用Z型陣列布置剪切變形測點。

步驟(2)中，為了精確測量層間位移角以及層間位移，每個單位測量系統(tǒng)需設置兩臺攝像機，每臺數(shù)字攝像機分別監(jiān)測相鄰以上兩個區(qū)段的標志物。

步驟(3)、(4)中，除了位于底層測點處的數(shù)字攝像機外，其它測點處 的數(shù)字攝像機監(jiān)測的并非是兩個標志物之間的相對位移，而是該標志物相對于數(shù)字攝像機光軸方向的平行偏移位移。

步驟(5)中，為了獲得真實的層間位移角，層間位移角的計算扣除了層間位移中標志物相對于數(shù)字攝像機光軸方向的平行偏移位移。

步驟(6)中，不同于傳統(tǒng)攝像測量方法中各個區(qū)段的側向側移可以直接觀測得到，新型Z型攝像測量法中各個區(qū)段的側向位移是在層間位移角、偏移位移的基礎上間接得到的。

本發(fā)明能夠精確測量層間位移角、能夠克服光路不通視的局限、操作簡單、成本低廉。采用Z型陣列布置數(shù)字攝像機并在每個區(qū)段的測量系統(tǒng)增加一個額外的數(shù)字攝像機，創(chuàng)建多余的觀測值以避免使用測斜儀來測量層間位移角，大大節(jié)省成本以及降低測量難度。

上述實施例對本發(fā)明的具體描述，只用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限定，本領域的技術工程師根據(jù)上述發(fā)明的內容對本發(fā)明作出一些非本質的改進和調整均落入本發(fā)明的保護范圍之內。