CN103643629B - 一种桥梁结构的检查方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁结构的检查方法及装置，所述方法包括：获得检查目标在桥梁坐标系下的坐标值；根据所述坐标值，确定所述检查目标的位置；根据确定的所述检查目标的位置，采集检查目标的信息。本发明能够实现对桥梁结构的全面的检查，并实现自动复查。

Description

一种桥梁结构的检查方法及装置

技术领域

本发明涉及桥梁监测管理技术领域，尤其涉及一种桥梁结构的检查方法及装置。

背景技术

随着国民经济的飞速发展，我国的桥梁道路建设也在快速增长。近年来桥梁事故屡有发生，每年均有多座桥梁垮塌，其原因是多方面的，有设计原因，有施工原因，也可能有检查工作不到位的原因。在塌桥事故发生之前，桥梁病害可能已经非常严重，特征显著，如果真正的落实经常检查工作，完全可以早发现早治理，从而避免重大事故的发生。在桥梁日常检查的过程中，由于检查工具和手段的限制，难于获得病害的桥梁坐标信息，往往需要花费大量时间重新找到原有病害，为病害复查带来很大难度，致使日常巡检的效率较低，无法满足桥梁经常性检查的规范要求。

在现有技术的桥梁病害检查中，作业人员需通过挂篮、脚手架、人字梯或桥检车等专用工具到达病害附近，用数码相机拍摄病害照片，并对病害位置信息和尺寸信息进行测量，常用测量工具有皮尺、激光测距仪或全站仪。

现有技术的测量工具中，皮尺需要接触测量目标，且测量范围有限，操作不便，一般需要两人配合完成测量工作。激光测距仪的量程大、精度高，但为获取病害的桥梁坐标信息和尺寸信息需靠近病害进行多次测量，并需要人工进行计算。全站仪几乎可用在所有的测量领域但不适用于桥梁的经常检查，它存在准备工作复杂，操作繁琐，无法实现病害拍摄和记录，使用中有观测死角等问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种桥梁结构的检查方法及装置，以对检查目标进行精确定位，进而采集检查目标的尺寸或图像信息。

本发明提供了一种桥梁结构的检查方法，所述方法包括：

获得检查目标在桥梁坐标系下的坐标值；

根据所述坐标值，确定所述检查目标的位置；

根据确定的所述检查目标的位置，采集检查目标的信息。

对应地，本发明还提出了一种桥梁结构的检查装置，所述装置包括：

获得坐标值模块，用于获得检查目标在桥梁坐标系下的坐标值；

确定位置模块，用于根据所述坐标值，确定所述检查目标的位置；

采集信息模块，用于根据确定的所述检查目标的位置，采集检查目标的信息。

对应地，本发明还提出了一种桥梁结构的检查装置，所述装置包括：

高精度数字化云台，用于获得所述装置的水平转动角和俯仰转动角；

激光测距仪安装于所述高精度数字化云台上，用于测量所述装置到检查目标的距离；

姿态仪安装于所述高精度数字化云台上，用于获得所述装置的三维姿态信息；

光学变焦高清摄像机芯安装于所述高精度数字化云台上，用于采集检查目标的视频或图像信息。

本发明提出了一种桥梁结构的检查方法及装置，通过获得检查目标在桥梁坐标系下的坐标值来对检查目标进行精确定位，进而采集检查目标的尺寸或图像信息，能够实现对桥梁结构的全面的检查，并且获得检查目标在桥梁坐标系下的坐标值能够为桥梁结构以后的复查提供精确的位置信息，复查时不用重新定位，实现自动复查。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的桥梁结构的检查方法的实现流程图；

图2是本发明第三实施例提供的桥梁结构的检查装置的结构示意图；

图3是本发明第四实施例提供的桥梁结构的检查装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

图1是本发明第一实施例提供的桥梁结构的检查方法的实现流程图。本发明实施例提供的方法可以由本发明实施例提供的桥梁结构的检查装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件来实现。如图1所示，本发明实施例提供的方法包括：

步骤101，获得检查目标在桥梁坐标系下的坐标值。

其中，桥梁坐标系是在桥梁建造时由设计人员根据桥梁的位置、走向和环境特征而设计的坐标系。在一座桥梁建成之后，桥梁的桥梁坐标系的坐标原点以及各轴的方向就是固定且已知的。一般，桥梁坐标系以桥梁的第0墩的中心点为原点，桥梁的行驶方向为桥梁坐标系的一个轴的方向。在本发明实施例中，通过操作设备来测量获得检查目标在桥梁坐标系下的坐标值所需的数据，其中，操作设备可以测出操作设备到检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点的距离、操作设备的水平转动角和俯仰转动角以及操作设备坐标系与桥梁坐标系的偏转关系。

在本发明实施例中，优选是，根据操作设备测量的数据，分别获取一个桥梁坐标系下的已知点和桥梁坐标系的坐标原点在操作设备坐标系下的坐标值，由于一个桥梁坐标系下的已知点和桥梁坐标系的坐标原点在桥梁坐标系下的坐标值是已知的，通过所述一个桥梁坐标系下的已知点在桥梁坐标系下的坐标值和在操作设备坐标系下的坐标值以及桥梁坐标系的坐标原点在操作设备坐标系下的坐标值，来确定操作设备在桥梁坐标系下的坐标值。其中，操作设备坐标系是根据操作设备架设的实际情况按照工程设计的要求设定的坐标系，操作设备坐标系以操作设备为原点，各轴不一定水平。操作设备桥梁坐标系是将所述操作设备坐标系转换为各轴与桥梁坐标系平行的坐标系，所述操作设备桥梁坐标系以操作设备为原点。操作设备坐标系与桥梁坐标系可以通过操作设备测出的操作设备坐标系与桥梁坐标系的偏转关系，通过坐标旋转和坐标平移变化，完成操作设备坐标系与桥梁坐标系的相互转换，具体的变换方式包括水平补偿和方向修正。

步骤102，根据所述坐标值，确定所述检查目标的位置。

根据步骤101中确定的所述检查目标在桥梁坐标系下的坐标值，就确定了所述检查目标的位置，进而确定检查目标与操作设备的位置关系。

步骤103，根据确定的所述检查目标的位置，采集检查目标的信息。

确定了所述检查目标的位置之后，操作设备对准检查目标，进行测量以采集检查目标的信息。其中，所述信息包括检查目标的视频、图像或尺寸信息。采集到的信息将作为检测人员对检查目标进行分析的依据。

上述方案的有益效果在于通过确定检查目标在桥梁坐标系下的坐标值来对检查目标的精确定位，在实现对检查目标进行全面检查的同时为日后的复查提供精确的位置信息，能够实现自动复查。

在上述方案中，优选是，所述获得检查目标在桥梁坐标系下的坐标值，包括：

分别获得检查目标和一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备桥梁坐标系下的坐标值；

根据所述已知点在桥梁坐标系下的坐标值以及所述已知点在操作设备桥梁坐标系下的坐标值，确定操作设备在桥梁坐标系下的坐标值；

根据获得的所述检查目标在操作设备桥梁坐标系下的坐标值和确定的所述操作设备在桥梁坐标系下的坐标值，确定所述检查目标在桥梁坐标系下的坐标值。

上述方案仅以一个在桥梁坐标系下的已知点在不同坐标系下的坐标值为依据，进行坐标变换，来获得操作设备在桥梁坐标系下的坐标值，方案简单、可靠、便于推广。

优选是，所述分别获得检查目标和一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备桥梁坐标系下的坐标值，包括：

获得操作设备到检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点的距离、操作设备的水平转动角和俯仰转动角以及操作设备坐标系与桥梁坐标系的偏转关系；

根据所述操作设备到检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点的距离、操作设备的水平转动角以及俯仰转动角，确定检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备坐标系下的球坐标值；

根据确定的所述球坐标值，确定检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备坐标系下的直角坐标值；

根据获得的所述操作设备坐标系与桥梁坐标系的偏转关系以及确定的所述检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备坐标系下的直角坐标值，确定所述检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备桥梁坐标系下的坐标值。

上述方案能够在操作设备非水平架设的情况下，利用操作设备测得的数据，获得检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备坐标系下的坐标值，再利用操作设备坐标系与桥梁坐标系的偏转关系，将检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备坐标系下的坐标值转换为在操作设备桥梁坐标系下的坐标值，不需要对操作设备进行复杂的调平，针对桥梁检测的实际情况更具有实用价值。因此技术的推广更便捷。

另外，在复查时，对于已知在桥梁坐标系中的坐标值的检查目标，操作设备可以自动解算出检查目标的球坐标，并将操作设备自动对准检查目标采集检查目标的信息。

本实施例提供的桥梁结构的检查方法，通过获得检查目标在桥梁坐标系下的坐标值来对检查目标进行精确定位，进而采集检查目标的尺寸或图像信息，能够实现对桥梁结构的全面的检查，并且获得检查目标在桥梁坐标系下的坐标值能够为桥梁结构以后的复查提供精确的位置信息，在复查时不用重新定位，实现自动复查。

实施例二

本发明第二实施例以第一实施例为基础，在第一实施例的基础上提出一种优选实施例。

优选的，操作设备包括：高精度数字化云台、激光测距仪、姿态仪和光学变焦高清摄像机芯。

其中，高精度数字化云台，用于获得所述操作设备的水平转动角和俯仰转动角；激光测距仪安装于所述高精度数字化云台上，用于测量所述操作设备到检查目标的距离；姿态仪安装于所述高精度数字化云台上，用于获得操作设备坐标系与桥梁坐标系的偏转关系；光学变焦高清摄像机芯安装于所述高精度数字化云台上，用于采集检查目标的视频或图像信息。

通过激光测距仪可获得操作设备到检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点的距离为l，高精度数字化云台可获得操作设备的水平转动角为α和俯仰转动角β，姿态仪可获得操作设备坐标系与桥梁坐标系的偏转关系为（P，R，H），得到检查目标在操作设备坐标系下的球坐标为（α，β，l），球坐标可以转化为直角坐标(x′,y′,z′)，其中，x′=l×sinβcosα，y′=l×sinβsinα，z′=l×cosβ。进一步的，已知桥梁方向为H₀，通过坐标旋转和坐标平移变换，可以完成操作设备坐标系(x′,y′,z′)与桥梁坐标系(x″,y″,z″)之间的相互转换。

由于架设时无法确保操作设备水平放置，必须进行水平补偿和方向修正，将操作设备坐标系转换为桥梁坐标系。将操作设备坐标系绕X轴旋转角度P，以修正俯仰角,绕Y轴旋转角度R，以修正横滚角，得到操作设备桥梁坐标系；已知桥梁方向为H₀，操作设备坐标方向为H，则操作设备与桥梁方向夹角为H-H₀，将水平补偿后的操作设备坐标系绕Z轴旋转角度φ=H-H₀，以修正航向角，经三次旋转变换后，操作设备坐标系(x′,y′,z′)转化为桥梁坐标系(x″,y″,z″)，此时，操作设备坐标系的各轴方向与桥梁坐标系各轴方向平行，坐标原点O′为操作设备。同理，经逆向坐标旋转，可将桥梁坐标系还原为操作设备坐标系。

进一步的，利用操作设备获得一个桥梁坐标系下的已知点C在操作设备桥梁坐标系下的球坐标（α_c，β_c，l_c），经以上坐标转换可以得到已知点Ｃ的直角坐标值为(x_c,y_c,z_c)在操作设备桥梁坐标系中的坐标值(x_c″,y_c″,z_c″)，则操作设备原点O′在桥梁坐标系中的坐标值为(x_c-x_c″,y_c-y_c″,z_c-z_c″)。

进一步的，利用操作设备获得检查目标在桥梁坐标系中的坐标值，获得检查目标A的球坐标为（α_a，β_a，l_a），经以上坐标转换可以得到检查目标A在操作设备桥梁坐标系中的坐标为(x_a″,y_a″,z_a″),则检查目标A在桥梁坐标系中的坐标值为(x_c-x_c″+x_a″,y_c-y_c″+y_a″,z_c″-z_c″+z_a″)。确定了所述检查目标在桥梁坐标系下的坐标值，就确定了所述检查目标的位置，进而确定检查目标与操作设备的位置关系。

进一步的，在确定了所述检查目标的位置之后，利用光学变焦高清摄像机芯对检查目标进行测量以采集检查目标的视频、图像或尺寸信息。

另外，由于获得了检查目标A在桥梁坐标系中的坐标值，在对检查目标A进行复查时，不用重新定位，实现自动复查。

实施例三

图2是本发明第三实施例提供的桥梁结构的检查装置的结构示意图。如图2所示，本发明实施例提供的装置包括：获得坐标值模块201、确定位置模块202和采集信息模块203。

其中，所述获得坐标值模块201，用于获得检查目标在桥梁坐标系下的坐标值。确定位置模块202，用于根据所述坐标值，确定所述检查目标的位置。采集信息模块203，用于根据确定的所述检查目标的位置，采集检查目标的信息。

进一步的，所述获得坐标值模块201，还包括：获得子模块，用于分别获得检查目标和一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备桥梁坐标系下的坐标值；第一确定子模块，用于根据所述已知点在桥梁坐标系下的坐标值以及所述已知点在操作设备桥梁坐标系下的坐标值，确定操作设备在桥梁坐标系下的坐标值；第二确定子模块，用于根据获得的所述检查目标在操作设备桥梁坐标系下的坐标值和确定的所述操作设备在桥梁坐标系下的坐标值，确定所述检查目标在桥梁坐标系下的坐标值。

进一步的，所述获得子模块，具体用于：获得操作设备到检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点的距离、操作设备的水平转动角和俯仰转动角以及操作设备坐标系与桥梁坐标系的偏转关系；根据所述操作设备到检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点的距离、操作设备的水平转动角以及俯仰转动角，确定检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备坐标系下的球坐标值；根据确定的所述球坐标值，确定检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备坐标系下的直角坐标值；根据获得的所述操作设备坐标系与桥梁坐标系的偏转关系以及确定的所述检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备坐标系下的直角坐标值，确定所述检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备桥梁坐标系下的坐标值。

进一步的，所述装置还包括：

逻辑控制模块，用于对所述获得坐标值模块、确定位置模块和所述采集信息模块的操作进行控制以及对所述获得坐标值模块获得的坐标值和所述采集信息模块采集的视频或图像信息进行处理；

步进电机驱动伺服子模块，用于控制所述装置的水平和俯仰的转动角度。

本发明提出了一种桥梁结构的检查装置，通过获得坐标值模块来对检查目标进行精确定位，进而利用采集信息模块采集检查目标的尺寸或图像信息，能够实现对桥梁结构的全面的检查，并且获得检查目标在桥梁坐标系下的坐标值能够为桥梁结构以后的复查提供精确的位置信息，在复查时不用重新定位，实现自动复查。

本实施例提供的桥梁结构的检查装置用于执行本发明任意实施例提供的桥梁结构的检查方法，具备相应的功能模块，达到相同的技术效果。

实施例四

图3是本发明第四实施例提供的桥梁结构的检查装置的结构示意图。如图3所示，本发明实施例提供的装置包括：高精度数字化云台301、激光测距仪302、姿态仪303和光学变焦高清摄像机芯304。

其中，高精度数字化云台301，用于获得所述装置的水平转动角和俯仰转动角；激光测距仪302安装于所述高精度数字化云台上，用于测量所述装置到检查目标的距离；姿态仪303安装于所述高精度数字化云台上，用于获得所述装置的三维姿态信息；光学变焦高清摄像机芯304安装于所述高精度数字化云台上，用于采集检查目标的视频或图像信息。

在上述方案中，优选是，所述高精度数字化云台301采用1.8°步进电机、32细分驱动和100：1机械减速器的数字驱动伺服技术，所述高精度数字化云台301的转动精度为2″。

优选是，所述激光测距仪302的测量范围为0.05至40m。

优选是，所述姿态仪303带硬磁、软磁及倾角补偿，航向精度为0.5°，高倾角测量范围为±80°，宽温范围为-40℃至+85℃，工作电流为40mA，输出接口为标准RS232/RS485/TTL以及小体积外形为L44×W35×H8（mm）。

优选是，所述光学变焦高清摄像机芯304与所述激光测距仪302并轴安装。

进一步的，所述光学变焦高清摄像机芯304的最大分辨率为1280×960，所述光学变焦高清摄像机芯304的焦距为4.7至84.6mm，所述光学变焦高清摄像机芯304的最快变焦时间为2S。

上述方案的有益之处在于所述检查装置可对检查目标进行坐标定位、可进行细部检查、精确度高、检查效果清晰、细腻、聚焦速度快。

本发明提出了一种桥梁结构的检查装置，通过高精度数字化云台、激光测距仪、姿态仪以及光学变焦高清摄像机芯的相互配合，能够对检查目标进行精确定位，进而采集检查目标的尺寸或图像信息，精确的定位能够为以后的复查提供精确的位置信息，复查时不用重新定位，实现自动复查。

本发明不限于对桥梁结构的检查，同时可以应用到其他建筑的结构检查。

注意，上述内容仅为本发明的较佳实施例。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其它等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种桥梁结构的检查方法，其特征在于，包括：

获得检查目标在桥梁坐标系下的坐标值；

根据所述坐标值，确定所述检查目标的位置；

根据确定的所述检查目标的位置，采集检查目标的信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得检查目标在桥梁坐标系下的坐标值，包括：

分别获得检查目标和一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备桥梁坐标系下的坐标值；

根据所述已知点在桥梁坐标系下的坐标值以及所述已知点在操作设备桥梁坐标系下的坐标值，确定操作设备在桥梁坐标系下的坐标值；

根据获得的所述检查目标在操作设备桥梁坐标系下的坐标值和确定的所述操作设备在桥梁坐标系下的坐标值，确定所述检查目标在桥梁坐标系下的坐标值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分别获得检查目标和一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备桥梁坐标系下的坐标值，包括：

获得操作设备到检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点的距离、操作设备的水平转动角和俯仰转动角以及操作设备坐标系与桥梁坐标系的偏转关系；

根据所述操作设备到检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点的距离、操作设备的水平转动角以及俯仰转动角，确定检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备坐标系下的球坐标值；

根据确定的所述球坐标值，确定检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备坐标系下的直角坐标值；

根据获得的所述操作设备坐标系与桥梁坐标系的偏转关系以及确定的所述检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备坐标系下的直角坐标值，确定所述检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备桥梁坐标系下的坐标值。

4.一种桥梁结构的检查装置，其特征在于，包括：

获得坐标值模块，用于获得检查目标在桥梁坐标系下的坐标值；

确定位置模块，用于根据所述坐标值，确定所述检查目标的位置；

采集信息模块，用于根据确定的所述检查目标的位置，采集检查目标的信息。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述获得坐标值模块，包括：

获得子模块，用于分别获得检查目标和一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备桥梁坐标系下的坐标值；

第一确定子模块，用于根据所述已知点在桥梁坐标系下的坐标值以及所述已知点在操作设备桥梁坐标系下的坐标值，确定操作设备在桥梁坐标系下的坐标值；

第二确定子模块，用于根据获得的所述检查目标在操作设备桥梁坐标系下的坐标值和确定的所述操作设备在桥梁坐标系下的坐标值，确定所述检查目标在桥梁坐标系下的坐标值。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述获得子模块，具体用于：

获得操作设备到检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点的距离、操作设备的水平转动角和俯仰转动角以及操作设备坐标系与桥梁坐标系的偏转关系；

根据所述操作设备到检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点的距离、操作设备的水平转动角以及俯仰转动角，确定检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备坐标系下的球坐标值；

根据确定的所述球坐标值，确定检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备坐标系下的直角坐标值；

根据获得的所述操作设备坐标系与桥梁坐标系的偏转关系以及确定的所述检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备坐标系下的直角坐标值，确定所述检查目标或一个桥梁坐标系下的已知点在操作设备桥梁坐标系下的坐标值。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括：

逻辑控制模块，用于对所述获得坐标值模块、确定位置模块和所述采集信息模块的操作进行控制以及对所述获得坐标值模块获得的坐标值和所述采集信息模块采集的视频或图像信息进行处理；

步进电机驱动伺服子模块，用于控制所述装置的水平和俯仰的转动角度。