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基于SURF-PROSAC法的高铁桥梁位移测量技术研究

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铁道科学与工程学报 2023年第9期20卷 3579-3591页

作者：杜文康雷冬杭宗庆白鹏翔朱飞鹏河海大学力学与材料学院江苏南京211100

快速、便捷、有效的结构变形监测技术是保障高铁桥梁运营安全的重要手段。目前,桥梁变形监测大多采用接触式传感器,如加速度传感器、应变计以及位移计等设备。这些设备通常需要固定在表面或埋入结构内部,由于施工难度大、系统造价高、... 详细信息

快速、便捷、有效的结构变形监测技术是保障高铁桥梁运营安全的重要手段。目前,桥梁变形监测大多采用接触式传感器,如加速度传感器、应变计以及位移计等设备。这些设备通常需要固定在表面或埋入结构内部,由于施工难度大、系统造价高、后期维护较为繁琐,难以广泛应用于数量大且封闭性高的高铁桥梁。为此,提出一种基于机器视觉的高铁桥梁位移测量技术,将SURF(Speeded Up Robust Features)特征检测方法与FLANN-PROSAC(Fast Library for Approximate Nearest Neighbors-Progressive Sampling Consensus)匹配算法相结合。利用智能手机采集结构变形视频,实现了结构位移的快速测量。在实验室内,通过对汉字标记进行识别,探索了视觉方法在光照变化、雾气条件、物体遮挡等多种工况下的适应性。模型试验结果表明:在光照变化条件下,特征点数量会随着光照强度的降低而减少;而在物体遮挡和雾气条件下,特征点数量则会由于遮挡面积和雾气浓度的改变而出现波动变化。同时,机器视觉方法的测量结果能够较好地与位移计结果相吻合,最大偏差率少于5%。在现场实验中,进一步验证了机器视觉方法在不同表面特征(稳固标记和随机标记)识别中的稳定性,清晰测量出高铁桥梁在运营过程中的结构关键位置的位移变化趋势。此外,基于智能手机的测量系统具有良好的便携性,能够适应跨越道路、河道等多类型测量环境。研究成果可实现结构动态位移的非接触式测量,为高铁桥梁定期管养检测、长期性变形监测提供新的解决思路。

关键词：高铁桥梁机器视觉特征检测位移测量

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基于机器视觉与无人机的结构动位移测量方法

振动与冲击 2022年第19期41卷 1-7页

作者：韩怡天冯东明吴刚东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室南京211189 东南大学智慧建造与运维国家地方联合工程研究中心南京211189

针对基于视觉的结构位移测量方法中相机分辨率不足或测量基站位置选取困难等局限,提出一种结合机器视觉与无人机的结构动位移测量方法。以静止激光灯投射在结构表面的激光光斑为参考,设计算法自动检测目标测点和激光光斑位置,逐帧计算... 详细信息

针对基于视觉的结构位移测量方法中相机分辨率不足或测量基站位置选取困难等局限,提出一种结合机器视觉与无人机的结构动位移测量方法。以静止激光灯投射在结构表面的激光光斑为参考,设计算法自动检测目标测点和激光光斑位置,逐帧计算并更新比例因子,估计并消除无人机自身的运动,从而计算目标测点的绝对位移;为验证该方法的准确性,设计一个小型框架模型试验,随后又将此方法应用于大型地震模拟振动台试验。结果表明,利用无人机进行视觉测量得到的位移响应与激光位移计和加速度计测得的参考数据具有良好的一致性,在结构动位移测量和模态参数识别上均能较好地应用。

关键词：位移测量模态参数识别无人机(UVA) 机器视觉相机运动修正

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多通道抗串扰式光谱共焦位移测量方法

计量学报 2024年第4期45卷 489-495页

作者：孙振国李加福罗明哲李轶凡胡佳成中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018 中国计量科学研究院北京100029

提出一种位移测量方法,解决扫描光谱共焦测量系统存在不同共焦点之间的相互干扰问题。通过光纤束保持多个测量通道之间的独立性,并利用光开关切换测量通道来防止干扰。该系统的7个共焦点构成一个等边六边形,其中6个点分别位于六边形的... 详细信息

提出一种位移测量方法,解决扫描光谱共焦测量系统存在不同共焦点之间的相互干扰问题。通过光纤束保持多个测量通道之间的独立性,并利用光开关切换测量通道来防止干扰。该系统的7个共焦点构成一个等边六边形,其中6个点分别位于六边形的各顶点处,1个共焦点位于六边形的中心,六边形的边长为43.27μm。通过位移测量实验得出,位移测量系统各测量通道的绝对误差小于0.15μm,范围为0~90μm。在测量台阶高度的实验中,2个高度差为30μm的台阶面,误差最大者为0.16μm;在球径测量实验中,无需移动测量系统或被测物体便可完成7路通道的测量;通过对数据进行拟合得到半径为5 mm的球体近似值,最大误差为80.92μm。对比传统方法,该方法展现了较高的精度和分辨率。

关键词：几何量测量光谱共焦多通道位移测量共焦位移

基于非本征F-P干涉技术的全光纤位移测量系统

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计量学报 2023年第12期44卷 1799-1804页

作者：马英瀚张树皮磊阎晗胡佳成施玉书中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018 中国计量科学研究院北京100029 深圳中国计量科学研究院技术创新研究院广东深圳518107

为解决传统分离镜组式干涉仪体积较大,无法在空间受限的环境条件下应用的问题,开展了全光纤F-P干涉位移测量技术研究。根据干涉原理分析了不同反射率条件对干涉信号形式的影响,计算得出:当反射率为4%时,多光束干涉的光强信号将近似为正... 详细信息

为解决传统分离镜组式干涉仪体积较大,无法在空间受限的环境条件下应用的问题,开展了全光纤F-P干涉位移测量技术研究。根据干涉原理分析了不同反射率条件对干涉信号形式的影响,计算得出:当反射率为4%时,多光束干涉的光强信号将近似为正弦函数,并利用有限元仿真对位移测量原理进行验证。设计搭建了基于非本征F-P干涉技术的全光纤位移测量系统。实验结果表明:该系统在1 min内静态噪声电压标准差为23.3 mV;在1 mm位移范围内,该系统与XL-80激光干涉仪的测量结果呈现高度线性关系,线性相关系数R 2为1,且该系统位移测量重复性优于XL-80激光干涉仪。

关键词：计量学位移测量光纤传感 F-P干涉技术激光干涉仪有限元仿真

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计算电容屏蔽电极位移测量的不确定度评估

计量学报 2022年第4期43卷 437-444页

作者：王建波殷聪钱进刘忠有黄璐杨雁陆祖良中国计量科学研究院北京100029

计算电容是电学阻抗单位复现的基准装置,是电容、电感和交流电阻的溯源依据。它是电磁计量领域内除量子电压、量子电阻基准之外准确度最高的装置。计算电容装置实现微小电容值(0.2至0.6 pF)精确测量的关键在于对其屏蔽电极位移的高准确... 详细信息

计算电容是电学阻抗单位复现的基准装置,是电容、电感和交流电阻的溯源依据。它是电磁计量领域内除量子电压、量子电阻基准之外准确度最高的装置。计算电容装置实现微小电容值(0.2至0.6 pF)精确测量的关键在于对其屏蔽电极位移的高准确度测量。从计算电容屏蔽电极位移测量的基本原理出发,系统分析了屏蔽电极位移测量结果的影响因素,具体包含Fabry-Perot干涉仪的锁定、稳频激光波长的实时校准、残余气体折射率影响、测量余弦误差以及Gouy相位修正,结合计算电容测量结果的复现性,得到屏蔽电极位移测量的相对标准不确定度为4.7×10^(-9)。

关键词：计量学计算电容位移测量锁定干涉仪不确定度评估屏蔽电极

无砟道床板间相对位移测量中感兴趣区域自动提取方法

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铁道科学与工程学报 2022年第2期19卷 310-318页

作者：王鲁明李再帏赵彦旭路宏遥何越磊上海工程技术大学城市轨道交通学院上海201620 中铁二十一局集团有限公司甘肃兰州730070

轨道结构作为高速列车行车的基础,必须保证其良好的在役服役性能,有效地实现无砟道床板间位移测量是实现铁路无砟轨道结构服役状态保持的重要措施。针对无砟道床板非接触式位移测量中感兴趣区域(Region of interest,ROI)自动提取问题展... 详细信息

轨道结构作为高速列车行车的基础,必须保证其良好的在役服役性能,有效地实现无砟道床板间位移测量是实现铁路无砟轨道结构服役状态保持的重要措施。针对无砟道床板非接触式位移测量中感兴趣区域(Region of interest,ROI)自动提取问题展开研究,提出一种基于Faster R-CNN(Faster Regions with CNN)的ROI区域自动提取方法,阐明无砟道床板间位移机器视觉测量原理和实现方法的计算流程。基于Keras图像数据增强模型进行无砟道床板间位移目标库的增加,建立人工标靶数据集。通过CNN中卷积层对测量数据进行特征映射图提取,计算映射图中每个特征点的标靶概率,通过分类和边框回归,精确标记图像中的人工标靶。通过安装某250 km/h的双块式无砟轨道线路的典型测点进行Faster R-CNN算法的准确性和有效性验证。研究结果表明:道床板ROI自动提取算法的召回率为99.16%,准确率为98.91%,可以有效满足无砟道床板间位移测量中精度和准确率的要求;与其他的常用YOLO v3,SSD和Fast R-CNN等ROI算法相比,Faster R-CNN方法的计算效率较好、准确率最高,虽然计算效率上略有不足,但可满足铁路轨道状态实际监测的需求。建议在无砟轨道位移非接触式测量中采用基于Faster R-CNN的ROI自动提取方法,以有效地监测铁路基础设施服役状态。

关键词：无砟道床板位移测量图像处理 Faster R-CNN ROI区域

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基于随动三维视觉的大位移测量方法研究

光学学报 2024年

作者：戴子旭杨国辉高艺恒苏志龙张东升上海飞行器力学与控制研究院上海市应用数学与力学研究所上海大学力学与工程科学学院中国人民解放军63853部队上海大学绍兴研究院

在大型结构摄像变形测量中，往往会因为位移较大而超出相机视场，导致双目摄像系统难以进行连续大变形测量。为了解决这一问题，本文介绍了一种基于双目立体视觉和坐标变换的随动视觉测量方法，可用于大位移连续测量。该方法分别把两个... 详细信息

在大型结构摄像变形测量中，往往会因为位移较大而超出相机视场，导致双目摄像系统难以进行连续大变形测量。为了解决这一问题，本文介绍了一种基于双目立体视觉和坐标变换的随动视觉测量方法，可用于大位移连续测量。该方法分别把两个相机与转台固联，形成双站随动立体视觉系统，在目标位移即将移出视场时调整相机姿态。为了连续计算目标结构位移，采取光学编码点对随动相机系统的外参进行标定，并重构测点的三维坐标；然后，通过ICP算法求解不同观测状态下测量坐标系的转换关系，将随动参考系中的测点坐标转换到全局坐标系中，进而求得测点的三维位移信息。实验结果验证了本文方法在结构大位移测量中的可行性。

关键词：双目立体视觉随动系统位移测量相机标定坐标变换

基于双激光视觉成像与BP算法的微小位移测量

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同方期刊数据库

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激光与红外 2024年第4期54卷 542-549页

作者：李世雯路恩会郭耀村朱兴龙扬州大学机械工程学院江苏扬州225127 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室湖南长沙410082

针对现有单激光视觉微位移测量方法中利用的图像特征信息不丰富,导致测量结果不精确的问题,本文提出了一种直射与斜射结合的双激光微小位移测量方法,配合BP(Back Propagation)神经网络实现位移的高精度测量。论文采用透镜成像和小孔成... 详细信息

针对现有单激光视觉微位移测量方法中利用的图像特征信息不丰富,导致测量结果不精确的问题,本文提出了一种直射与斜射结合的双激光微小位移测量方法,配合BP(Back Propagation)神经网络实现位移的高精度测量。论文采用透镜成像和小孔成像的原理对双激光模型进行理论分析,使用ZEMAX对测距模型进行数值模拟,以验证所提方法的理论可行性与优越性;其次,根据数值模拟结果设计并搭建实验平台进行图像采集实验,提取一系列图像特征作为BP网络的输入,以位移参数为输出,构建位移预测模型。实验结果表明,相比单激光模型,本文提出的双激光位移模型有更高的测量精度,引入BP神经网络后,测量准确度达到99以上。本文为微小位移高精度测量提供了新方法与新思路。

关键词：双激光测距位移测量 ZEMAX仿真 BP神经网络

基于多通道光谱分析仪的光谱共焦位移测量方法

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中国测试 2024年

作者：孙振国李加福罗明哲李轶凡胡佳成中国计量科学研究院中国计量大学计量测试工程学院

在测量多个点的位移量的情况下，传统的光谱共焦位移测量方案需要使用机械位移台进行平面移动完成扫描式测量，由于多出一个机械移动的环节，必然影响测量效率。为了在确保测量精度的同时，提高光谱共焦位移测量的效率，提出一种基于多... 详细信息

在测量多个点的位移量的情况下，传统的光谱共焦位移测量方案需要使用机械位移台进行平面移动完成扫描式测量，由于多出一个机械移动的环节，必然影响测量效率。为了在确保测量精度的同时，提高光谱共焦位移测量的效率，提出一种基于多通道光谱分析仪的光谱共焦位移测量方法。该方案以光纤束作为分光器件，避免不同通道光源之间的干扰，将单通道位移测量系统中的光谱分析仪替换为多通道光谱分析仪，以实现对多通道光信号的处理。其中多通道光谱分析仪以面阵电荷耦合器件（Charge Coupled Device）作为探测器，以同时采集多路光信号。在数据处理时对多列像素的灰度值取平均，过滤峰值提取的噪声。实验采用白光光源、轴向色散镜筒和多通道光谱分析仪搭建系统，通过纳米位移台对测量系统进行标定和测量，共两个测量通道。标定和测量实验在500～700nm的波长范围内进行，测量范围为0～150μm，根据实验结果可知，测量系统每一路的绝对误差均小于0.6μm。通过分辨力实验对系统的性能进行测评，每一路的分辨力均优于1μm。斜坡高度差测量实验，表明了系统不需要借用机械位移台，也能实现扫描式测量。实验结果表明，基于新方法的位移测量系统是稳定可靠的。

关键词：计量学光谱共焦光谱分析仪多通道位移测量