CN115235419A - 固定站相对高度测量设备及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种固定站相对高度测量设备及其测量方法,其中的测量设备包括:靶标和测量设备;测量设备包括:光学镜头、成像设备、基座和转台;光学镜头固定安装在转台上表面;转台安装在基座上;成像设备固定安装在光学镜头的像面位置处;测量设备用于对靶标进行成像后,进而计算得到待测物体的相对高度。本发明通利用光电测量原理,根据实际使用需求,匹配不同的光学镜头实现不同距离下的高精度测量,测量精度为毫米级。本发明为非接触测量方法,结构组成比较简单,具有测量精度高、安装方便、功耗低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及光电测量技术领域,特别涉及一种固定站相对高度测量设备及其测量方法。
背景技术
在一些重要的桥梁工程中,为了防止重大事故的发生,通过采用技术手段实时监测桥梁的沉降、变形等,提前预警并做出相应的应对,降低损失。目前主要是采用内部测量和外部测量相结合的方法,内部测量用于测量局部应力、局部微小形变等,外部测量用于测量关键点位置相对于整体的形变、位移等。外部形变高度测量方面,目前主要是利用GPS、北斗等卫星定位技术实现相对高度测量,测量精度有限,在一些情况下满足不了使用需求。
目前主要的桥体外部形变测量技术是利用GPS、北斗等卫星定位技术实现相对高度测量,测量精度有限,并且现阶段的测量精度已基本达到理论极限,几乎没有提高空间。
发明内容
鉴于上述问题,本发明的目的是提出一种固定站相对高度测量设备及其测量方法,利用光电测量原理,根据实际使用需求,匹配不同的光学镜头实现不同距离下的高精度测量,测量精度为毫米级。本发明为非接触测量设备,具有测量精度高、安装方便、功耗低等优点。
为实现上述目的,本发明采用以下具体技术方案:
本发明提供一种固定站相对高度测量设备,包括:靶标和测量设备;靶标放置在待测物体上;
测量设备包括:光学镜头、成像设备、基座和转台;
光学镜头固定安装在转台上表面;转台安装在基座上;成像设备固定安装在光学镜头的像面位置处;
测量设备用于对靶标进行成像后,进而计算得到待测物体的相对高度。
优选地,靶标上放置有光源,靶标为双目标发光点,双目标发光点之间的间距根据使用需求进行调整;
光源选用650nm半导体激光器。
优选地,转台的旋转精度需优于5",转台的承载能力大于光学镜头和成像设备的质量总和。
优选地,待测物体的相对高度的计算过程为:
设定CC'为光学镜头的光轴,A和B为靶标双目标发光点上的几何中心,A'和B'为成像设备上A和B对应的像点;
根据三角公式可得:
公式(1)与公式(2)相减得到:
由公式(2)得到:
由公式(4)得到:
由公式(5)和(6)得到:
H1为B点与光轴的高度差,同理得到A点与光轴的高度差H1+H;
其中:
L为物距,f为焦距;
H为A和B之间的距离;
H1为B和C之间的距离;
h为A'和B'之间的距离;
h1为B'和C'之间的距离;
通过成像设备的参数可以算出A'、B'和C'之间的距离。
本发明还提供一种固定站相对高度测量方法,包括以下步骤:
S1、对光学镜头主光轴与成像设备的交汇点C'进行标定;
S2、调整主光轴与转台的旋转轴互相垂直;调整基座,使转台的旋转轴垂直于大地水平面;
S3、转动转台,使靶标进入光学镜头视场范围,并在成像设备中对靶标点进行成像;
S4、根据靶标点的像计算出B点与主光轴的高度差H1和A点与主光轴的高度差H1+H。
优选地,还包括预处理步骤S0、将成像设备探测器安装至光学镜头的像面位置处。
与现有的技术相比,本发明通利用光电测量原理,根据实际使用需求,匹配不同的光学镜头实现不同距离下的高精度测量,测量精度为毫米级。本发明为非接触测量方法,结构组成比较简单,具有测量精度高、安装方便、功耗低等优点。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的固定站相对高度测量设备的结构示意图。
图2是根据本发明实施例提供的固定站相对高度测量设备的原理示意图。
图3是根据本发明实施例提供的固定站相对高度测量方法的流程示意图。
图4是根据本发明实施例提供的固定站相对高度测量方法的程序框图。
具体实施方式
在下文中,将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中,相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下,它们的名称和功能也相同。因此,将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及具体实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,而不构成对本发明的限制。
图1示出了根据本发明实施例提供的固定站相对高度测量设备的结构示意图。
如图1所示,实施例提供的固定站相对高度测量设备包括:靶标和测量设备。
测量的是靶标与测量设备之间的相对高度,靶标安装在需要测量的位置,即放置在待测物体上,测量设备放在相对稳定的地基上。
测量设备包括:光学镜头、成像设备、基座和转台。
光学镜头位于转台上,并与转台上表面进行固定连接;转台安装在基座上。
成像设备固定安装在光学镜头的像面位置处。
靶标上放置有光源,靶标设计为双目标发光点,双目标发光点之间的间距可以根据使用需求调整。
在本发明的一个实施例中:将双目标发光点中心间设计为距1m,光源选用650nm半导体激光器,单色性好,与背景对比对强。
光学镜头可以根据测量精度、测量范围及靶标和成像设备的光谱进行设计匹配。
以测量距离30m,测量范围0.5m,测量精度3mm为例,选用焦距为200mm,口径50mm,视场为4.0°×4.0°的光学镜头。
成像设备探测器性能选用优于1K×[email protected]μm的CMOS面阵探测器,图像处理设备需要满足20Hz的图像处理能力。
转台的旋转精度需优于5",承载能力需大于光学镜头和图像处理设备的质量总和。
图2示出了根据本发明实施例提供的固定站相对高度测量设备的原理示意图。
如图2所示,本发明实施例提供的固定站相对高度测量设备的原理为:
本发明采用三角测量方法确定靶标相对测量设备的相对高度信息,其原理是将物距、物高、焦距和像高组成两个相似三角形,然后利用三角公式计算出相对高度。
图2中采用了两个靶标点,靶标点也可以是一个,只要在该图中h1=0,H1=0即可。该方法使用前,需要把光学镜头的主光轴调整到与大地水平。
在图2中CC'为光轴,A和B为靶标上的几何中心,A'和B'为成像设备上A和B对应的像点。
L为物距,f为焦距,H为A和B之间的距离,H1为B和C之间的距离,h为A'和B'之间的距离,h1为B'和C'之间的距离,A'、B'和C'在成像设备上的位置可以直接测量得到,通过成像设备的参数可以算出A'、B'和C'之间的距离。
其中焦距f可以通过光学方法精确标定,为已知量;
像高h和h1可以利用图像及成像设备参数直接计算出来,为已知量;物高H可以精确标定出来,为已知量。
根据三角公式可得:
公式(1)与公式(2)相减可得:
由公式(2)可得:
由公式(4)可得:
由公式(5)和(6)可得:
公式(7)中的计算结果H1为B点与主光轴的高度差,同理可计算出A点与主光轴的高度差。可根据相关几何尺寸计算出装备平台与靶标之间的高度差。
图3示出了根据本发明实施例提供的固定站相对高度测量方法的流程示意图。
图4示出了根据本发明实施例提供的固定站相对高度测量方法的程序框图。
如图3和4所示,本发明实施例提供的固定站相对高度测量方法包括以下步骤:
预处理步骤S0、将成像设备探测器安装至光学镜头的像面位置处。
S1、对光学镜头主光轴与成像设备的交汇点C'进行标定。
S2、调整主光轴与转台的旋转轴互相垂直;调整基座,使转台的旋转轴垂直于大地水平面。
S3、转动转台,使靶标进入光学镜头视场范围,并在成像设备中对靶标点进行成像。
S4、根据靶标点的像计算出B点与主光轴的高度差H1和A点与主光轴的高度差H1+H。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形,均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种固定站相对高度测量设备,其特征在于,包括:靶标和测量设备;所述靶标放置在待测物体上;
所述测量设备包括:光学镜头、成像设备、基座和转台;
所述光学镜头固定安装在所述转台上表面;所述转台安装在所述基座上;所述成像设备固定安装在光学镜头的像面位置处;
所述测量设备用于对所述靶标进行成像后,进而计算得到待测物体的相对高度。
2.根据权利要求1所述的固定站相对高度测量设备,其特征在于,所述靶标上放置有光源,所述靶标为双目标发光点,所述双目标发光点之间的间距根据使用需求进行调整;
光源选用650nm半导体激光器。
3.根据权利要求1所述的固定站相对高度测量设备,其特征在于,所述转台的旋转精度需优于5",所述转台的承载能力大于所述光学镜头和所述成像设备的质量总和。
4.根据权利要求1所述的固定站相对高度测量设备,其特征在于,所述待测物体的相对高度的计算过程为:
设定CC'为所述光学镜头的光轴,A和B为所述靶标双目标发光点上的几何中心,A'和B'为所述成像设备上A和B对应的像点;
根据三角公式可得:
公式(1)与公式(2)相减得到:
由公式(2)得到:
由公式(4)得到:
由公式(5)和(6)得到:
所述H1为所述B点与所述光轴的高度差,同理得到所述A点与所述光轴的高度差H1+H;
其中:
L为物距,f为焦距;
H为所述A和所述B之间的距离;
H1为所述B和所述C之间的距离;
h为所述A'和所述B'之间的距离;
h1为所述B'和所述C'之间的距离;
通过成像设备的参数可以算出A'、B'和C'之间的距离。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的固定站相对高度测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、对光学镜头主光轴与成像设备的交汇点C'进行标定;
S2、调整主光轴与转台的旋转轴互相垂直;调整基座,使转台的旋转轴垂直于大地水平面;
S3、转动转台,使靶标进入光学镜头视场范围,并在成像设备中对靶标点进行成像;
S4、根据靶标点的像计算出B点与主光轴的高度差H1和A点与主光轴的高度差H1+H。
6.根据权利要求5所述的固定站相对高度测量方法,其特征在于,还包括预处理步骤S0、将成像设备探测器安装至光学镜头的像面位置处。
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