CN107146223B - 一种输电塔及输电线位移耦合的分析***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种输电塔及输电线位移耦合的分析***及方法，***包括输电塔测量靶标、输电线测量靶标、输电塔双目识别监***、输电线双目识别***；本发明首先在输电塔‑线的特定点位置设置好靶标，然后利用高速摄像机进行连续拍摄，并将照片通过传输导线输送到图像处理计算机中；计算机中的图像处理软件根据两个相邻靶点之间距离的变化计算出电塔‑线位移的瞬时变化，结合对输电塔和导线独立监测的数据，利用数理统计的方法分析塔‑线耦合程度。该方法有良好的操作性及稳定性，并具有高采样率、高精度、非接触及多点实时采集等优点，能够实现对电塔‑线位移有效监控，从而为研究输电塔的风致倒塌的研究提供依据，优化往后的结构设计。

Description

一种输电塔及输电线位移耦合的分析***及方法
技术领域
本发明属于结构健康监测技术领域，具体涉及一种利用双目视觉位移监测***分析输电塔-输电线位移耦合的***及方法。
背景技术
近年来，输电塔在强风作用下倒塌的事故时有发生，给人民的生命和财产造成了极大的威胁。但是由于输电塔和输电塔线在风荷载作用下的耦合作用，研究人员很难对输电塔的破坏情况进行判断，其中对于塔-线位移耦合影响，缺乏有效的监测技术也就无法提出有效的解决输电塔倒塌的措施。
由于输电塔-线结构现场环境的局限，运用传统的传感器如加速度传感器、位移传感器、激光传感器或者全球定位***等，已经满足不了对输电塔-线结构动态位移监测的要求，因而也无法准确评估结构位移耦合程度。常规图像处理技术通过灵活组合多种图像处理算法可完成各种场景运动图像的分析和信息的提取，然而常规图像处理手段也存在的诸多问题，如参数多，难调整；步骤多，繁琐易出错；对图像质量要求高,光照、噪声对算法执行效果有直接影响等。
为了更准确、方便地分析塔-线耦合结构位移相互耦合程度，需要获得结构的动态位移或变位信息，急需另外一种高效的、实时结构动态位移及变形监测技术，以获取塔线耦合模态来分析输电塔-线位移耦合。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明利用了一种采用机器双目视觉技术的、高效的、准确的输电塔-线体系实时动态监测***分析输电塔-线位移耦合的***及方法。
本发明的***所采用的技术方案是：一种输电塔及输电线位移耦合的分析***，其特征在于：包括输电塔测量靶标、输电线测量靶标、输电塔双目识别监***、输电线双目识别***；
所述输电塔测量靶标若干，根据需要设置在输电塔上；所述输电线测量靶标若干，根据需要设置在输电线上；
所述输电塔双目识别监***包括两个高速摄像机，两个高速摄像机布置在输电塔下方，用于获取输电塔测量靶标的三维坐标；
所述输电线双目识别***包括两个高速摄像机，两个高速摄像机布置在输电线下方，用于获取输电线测量靶标的三维坐标；
四个高速摄像机均与图像处理计算机通过传输导线连接，所述图像处理计算机读取所述高速摄像机拍摄得到的帧系列照片中测量靶标的三维坐标，进而计算输电塔和输电线各测点在不同测定周期内的空间位移，分析沿输电塔测点布置方向输电塔位移对输电线特定测点位移耦合度。
本发明的方法所采用的技术方案是：一种输电塔及输电线位移耦合的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取实时风速风向；
步骤2：计算舞动后输电线和振动后输电塔的空间位移函数，进而计算输电塔和输电线各测点在不同测定周期内的空间位移；
步骤3：选定固定参考点，考虑沿输电塔测点布置方向输电塔位移对输电线第i测点位移耦合度，定义位移耦合系数并整理测试结果；
步骤4：分析沿输电塔测点布置方向输电塔位移对输电线特定测点位移耦合度。
本发明的优点是：
1、该方法有良好的操作性及稳定性，并具有高采样率、高精度、非接触及实时性等优点，能够实现对输电塔-线耦联体在不同风速和风向情况下的动态位移和变形的有效监控；
2、输电塔风致振型复杂、难以计算，该***利用图像处理软件能够准确读取同一时刻所有靶标的三维坐标，利用相应算法和动力学原理推算出输电塔、输电线在不同风速和风向下的振动模态，从而分析输电塔-线内共振的研究提供依据；
3、该方法能够对输电塔风致振动破坏形态进行预估，可以实现动态结构设计以及结构优化；
4、与传统的模态获取方法相比，该方法的仪器回收率高，人力要求低，经济性好。
附图说明
图1为本发明实施例的***示意图；
图2为本发明实施例的方法流程图。
具体实施方法
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
请见图1，本发明提供的一种输电塔及输电线位移耦合的分析***，包括输电塔测量靶标1、输电线测量靶标2、输电塔双目识别监***7、输电线双目识别***8；输电塔测量靶标1若干，根据需要设置在输电塔5上；输电线测量靶标2若干，根据需要设置在输电线3上；输电塔双目识别监***7包括两个高速摄像机，两个高速摄像机布置在输电塔5下方，用于获取输电塔测量靶标1的三维坐标；输电线双目识别***8包括两个高速摄像机，两个高速摄像机布置在输电线3下方，用于获取输电线测量靶标2的三维坐标；四个高速摄像机均与图像处理计算机通过传输导线连接，图像处理计算机读取高速摄像机拍摄得到的帧系列照片中测量靶标的三维坐标，进而计算输电塔5和输电线3各测点在不同测定周期内的空间位移，分析沿输电塔测点布置方向输电塔5位移对输电线3特定测点位移耦合度。
本实施例的高速摄像机的帧数为1000～1500帧/s，风速风向测量装置为PHWE测风仪。
请见图2，本发明提供的一种输电塔及输电线位移耦合的分析方法，包括以下步骤：
步骤1：利用PHWE测风仪进行风速风向测试；
步骤2：在输电塔-输电线体系的下方布置两个高速摄像机，利用输电塔双目识别监***7、输电线双目识别***8以及在输电塔5上输电塔测量靶标1的和输电线3上的输电线测量靶标2将三维实体靶标位置投影到左右相机二维图像之中，原理表示为：
x＝K[R|t]·X
随后采用基于立体视觉的3D重建，将左相机坐标PLj[xlj,ylj]与右相机坐标PRj[xRj,yRj]进行位移演变，获取靶点的三维坐标Pj＝(Xj,Yj,Zj)。
若将某一时刻所有靶点的坐标在软件中进行呈现时，就能模拟出输电塔特定点的实时位置得到空间位移函数，进一步将某一时间段不同时刻的输电塔和输电线进行动态模拟，利用计算机得到耦联体的测点输电塔空间位移函数sij：
sij(ti)＝f[ti,gj(X,Y,Z)]；
第一测定周期内输电塔某测点i的空间位移：
同理可得第一测定周期内其他测点空间位移u21、u31、u41；
重复测定周期可得空间位移u12、u22、u32、u42和u13、u23、u33、u43、···；
根据某测点输电线空间位移函数：
lij(ti)＝f[ti,gj(X,Y,Z)]；
同理可得不同周期内不同测点输电线空间位移v11、v21、v31、v41和v12、v22、v32、v42和v13、v23、v33、v43.。
步骤3：对于导线第一测点，考虑沿输电塔测点布置方向输电塔位移对导线第一测点位移耦合度，定义位移耦合系数α12，α12…整理测试结果如表1：
表1
步骤4：利用数理统计方法分析沿输电塔测点布置方向输电塔位移对输电线第一测点位移耦合度，具体步骤如下：
记：
求得
查F分布分位数得到F1-α(3,8)，若F>F1-α(3,8)，则认为沿输电塔测点布置方向输电塔位移对输电线第一测点位移耦合明显；若F<F1-α(3,8)，则认为沿输电塔测点布置方向输电塔位移对输电线第一测点位移耦合不明显。
同样的方法可以分析沿输电线测点布置方向输电线位移对输电塔特定测点的位移耦合度。
尽管本说明书较多地使用了输电塔测量靶标1、输电线测量靶标2、输电线3、舞动后输电线4、输电塔5、振动后输电塔6、输电塔双目识别监***7、输电线双目识别***8等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种输电塔及输电线位移耦合的分析方法，采用输电塔及输电线位移耦合的分析***；
其特征在于：所述***包括输电塔测量靶标（1）、输电线测量靶标（2）、输电塔双目识别监***（7）、输电线双目识别***（8）；
所述输电塔测量靶标（1）若干，根据需要设置在输电塔（5）上；所述输电线测量靶标（2）若干，根据需要设置在输电线（3）上；
所述输电塔双目识别监***（7）包括两个高速摄像机，两个高速摄像机布置在输电塔（5）下方，用于获取输电塔测量靶标（1）的三维坐标；
所述输电线双目识别***（8）包括两个高速摄像机，两个高速摄像机布置在输电线（3）下方，用于获取输电线测量靶标（2）的三维坐标；
四个高速摄像机均与图像处理计算机通过传输导线连接，所述图像处理计算机读取所述高速摄像机拍摄得到的帧系列照片中测量靶标的三维坐标，进而计算输电塔（5）和输电线（3）各测点在不同测定周期内的空间位移，分析沿输电塔测点布置方向输电塔（5）位移对输电线（3）特定测点位移耦合度；
所述方法包括以下步骤：
步骤1：获取实时风速风向；
步骤2：计算舞动后输电线（4）和振动后输电塔（6）的空间位移函数，进而计算输电塔和输电线各测点在不同测定周期内的空间位移；
其中，利用双目视觉技术，将三维实体测量靶标位置投影到输电塔双目识别监***（7）或输电线双目识别***（8）的左右相机二维图像之中，随后采用基于立体视觉的3D重建，获取测量靶标靶点的三维坐标；根据某一时刻所有测量靶标靶点的坐标，模拟出输电塔特定点或输电线特定点的实时位置得到空间位移函数，进而计算输电塔和输电线各测点在不同测定周期内的空间位移；
步骤3：选定固定参考点，考虑沿输电塔测点布置方向输电塔位移对输电线第i测点位移耦合度，定义位移耦合系数并整理测试结果；
步骤4：分析沿输电塔测点布置方向输电塔位移对输电线特定测点位移耦合度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述高速摄像机的帧数为1000~1500帧/s。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述风速风向测量装置为PHWE测风仪。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4中，利用数理统计方法，通过比较测定计算的F值和查表所得的F分布分位数判定沿输电塔测点布置方向对输电线特定测点位移耦合是否明显，以同样的方法分析沿输电线测点布置方向输电线位移对输电塔特定测点位移耦合度。
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