一种基于缆索直顺度测量的吊装施工监测装置及方法与流程

1.本发明涉及工程监测测量技术领域，尤其涉及一种基于缆索直顺度测量的吊装施工监测装置及方法。


背景技术：

2.大型结构吊装作业施工过程中，主要存在以下问题：
3.1、吊装作业尺寸大，重量大，工序多，施工作业复杂，工期压力大，精度要求高，安全要求高。
4.2、吊装作业中，为保证吊装作业安全，对缆索的监测格外重要。现有的监测手段多为应力测量，是接触测量，存在部署复杂度高，数据精度不足，故障率高等缺点，非接触监测方法与装置能够有效降低部署复杂度以及设备故障率，这是后续监测的发展趋势。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种快速部署、经济可靠、非接触测量和高精度监测的基于缆索直顺度测量的吊装施工监测装置及方法，以解决背景技术中存在的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
7.一种基于缆索直顺度测量的吊装施工监测装置，包括：特殊标识装置、图像跟踪采集装置和监测系统，所述特殊标识装置固定连接在缆索上，所述图像跟踪采集装置用于周期性遍历缆索上的特殊标识装置，所述监测系统连接图像跟踪采集装置。
8.进一步的，所述特殊标识装置采用缠绕或包裹粘贴的方式固定在缆索上，每一根缆索上固定三个特殊标识装置，三个特殊标识装置等间距均布于缆索从底端起始的一米长度处。
9.进一步的，不同缆索的特殊标识装置采用不同的颜色。
10.进一步的，所述特殊标识装置的标识图案纹理采用黑白网格图，同一个工程中不同的缆索黑白网格中的黑色方格能够替换成其他颜色。
11.进一步的，所述图像跟踪采集装置为相机，所述相机设置有一个或若干个。
12.一种基于缆索直顺度测量的吊装施工监测方法，应用一种基于缆索直顺度测量的吊装施工监测装置，具体包括以下步骤：
13.步骤一：在若干根缆索上固定特殊标识装置；
14.步骤二：固定图像跟踪采集装置；并将图像跟踪采集装置连接监测系统；
15.步骤三：在吊装过程中对标识段缆索进行图像采集；
16.步骤四：分析采集后的图像，检测出标识精确位置，根据悬链线模型进行缆索的直顺度测量；
17.步骤五：吊装过程中周期性执行步骤三和步骤四。
18.进一步的，在采集到新的缆索图像后，对该图像进行图像检测，基于深度学习方法提取该缆索上三个标识装置的精确像素位置。
19.进一步的，根据检测出来的三个标识在像平面的精确像素位置，以及三个标识在缆索布置时的实际位置，计算三个标识在物理平面中的位置，然后根据悬链线模型，计算拟合缆索的悬链线曲线，计算拟合后的悬链线与两端点直连线的最大距离，作为缆索直顺度的度量指标。
20.进一步的，所述悬链线模型为：悬链线方程为：y＝kcosh(x/k)-b，其中，双曲余弦函数coshx＝(ex+e-x)/2；转化为：(y-y0)/k＝cosh((x-x0)/k)；定义f(x，y；x0，y0，k)＝(y-y0)/k-cosh((x-x0)/k)；已知三个标识点的坐标(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)，求满足f(xi，yi；x0，y0，k)＝0，i∈{1，2，3}的(x0，y0，k)；通过牛顿迭代法，求解出悬链线公式的数值解(x0，y0，k)；已知缆索顶端吊点a，缆索底端吊点b两点的水平距离l和高差h；根据牛顿法计算求解的悬链线曲线，计算该悬链线与两端点a、b直连线的最大垂直距离，作为缆索直顺度的度量指标。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
22.1、本发明有效解决大型结构吊装施工作业中各缆索受力不均匀监测数据不直观，监测装置部署难度大，监测系统部署成本高等现有监测手段的不足；通过固定缆索特殊标识装置，快速部署图像跟踪采集装置，周期性遍历吊装缆索标识图片，实时分析缆索特殊标识装置精确位置，根据悬链线模型计算缆索直顺度，及时发现缆索受力不均匀情况，为吊装作业施工提供安全保障。
23.2、本发明能够快速部署，经济可靠，采用非接触测量同时能够实现高精度监测。此种吊装缆索直顺度监测方法其推广前景广阔，不仅可以用于核电钢结构吊装施工监测，还可以在斜拉桥钢索监测、悬索桥悬索监测等领域推广。
附图说明
24.图1是本发明缆索直顺度测量方法单次测量流程示意图；
25.图2是本发明缆索特殊标识装置布置示意图；
26.图3是本发明中一种缆索特殊标识装置纹理示意图；
27.图4是本发明中图像跟踪采集装置与特殊标识装置的布置示意图。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
29.请参阅图1～4，一种基于缆索直顺度测量的吊装施工监测装置，包括：特殊标识装置、图像跟踪采集装置和监测系统，特殊标识装置固定连接在缆索上，图像跟踪采集装置用于周期性遍历缆索上的特殊标识装置，吊装作业过程中每次图像采集时，能够保证同一根缆索的成像角度、视野、焦距等成像参数一致；监测系统连接图像跟踪采集装置。
30.特殊标识装置采用缠绕或包裹粘贴的方式固定在缆索上，每一根缆索上固定三个特殊标识装置，三个特殊标识装置等间距均布于缆索从底端起始的一米长度处。
31.不同缆索的特殊标识装置采用不同的颜色。
32.特殊标识装置的标识图案纹理采用黑白网格图，同一个工程中不同的缆索黑白网格中的黑色方格能够替换成其他颜色，为保证检测精度与识别效率，标识图案纹理需要根据现场场景进行设计。
33.图像跟踪采集装置为相机，相机设置有一个或若干个。
34.一种基于缆索直顺度测量的吊装施工监测方法，应用权利要求1～5任一项的一种基于缆索直顺度测量的吊装施工监测装置，具体包括以下步骤：
35.步骤一：在若干根缆索上固定特殊标识装置；
36.步骤二：固定图像跟踪采集装置；并将图像跟踪采集装置连接监测系统；
37.步骤三：在吊装过程中对标识段缆索进行图像采集；
38.步骤四：分析采集后的图像，检测出标识精确位置，根据悬链线模型进行缆索的直顺度测量；
39.步骤五：吊装过程中周期性执行步骤三和步骤四；实现对吊装施工过程中缆索的直顺度在线监测。
40.在采集到新的缆索图像后，对该图像进行图像检测，基于深度学习方法提取该缆索上三个标识装置的精确像素位置。
41.根据检测出来的三个标识在像平面的精确像素位置，以及三个标识在缆索布置时的实际位置，计算三个标识在物理平面中的位置，然后根据悬链线模型，计算拟合缆索的悬链线曲线，计算拟合后的悬链线与两端点直连线的最大距离，作为缆索直顺度的度量指标。
42.悬链线模型为：悬链线方程为：y＝kcosh(x/k)-b，其中，双曲余弦函数coshx＝(ex+e-x)/2；转化为：(y-y0)/k＝cosh((x-x0)/k)；定义f(x，y；x0，y0，k)＝(y-y0)/k-cosh((x-x0)/k)；已知三个标识点的坐标(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)，求满足f(xi，yi；x0，y0，k)＝0，i∈{1，2，3}的(x0，y0，k)；通过牛顿迭代法，求解出悬链线公式的数值解(x0，y0，k)；已知缆索顶端吊点a，缆索底端吊点b两点的水平距离l和高差h；根据牛顿法计算求解的悬链线曲线，计算该悬链线与两端点a、b直连线的最大垂直距离，作为缆索直顺度的度量指标。
43.本发明提供的这种基于缆索直顺度测量的吊装施工监测装置及方法，可有效解决大型结构吊装施工作业中各缆索受力不均匀监测数据不直观，监测装置部署难度大，监测系统部署成本高等现有监测手段的不足；通过固定缆索特殊标识装置，快速部署图像跟踪采集装置，周期性遍历吊装缆索标识图片，实时分析缆索标识精确位置，根据悬链线模型计算缆索直顺度，及时发现缆索受力不均匀情况，为吊装作业施工提供安全保障。该吊装缆索直顺度监测方法部署方便，结果可靠。
44.监测系统启动后，首先设置监测频率，根据设置的或者默认的监测频率，周期性地连接一个或者多个相机，再遍历该相机预先设置的每个预置点，每个预置点对应一根监测缆索，在每个预置点采集一次图像，检测该图像中的标识位置，根据三点位置拟合悬链线，进行拟合的悬链线进行缆索直顺度计算。
45.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于缆索直顺度测量的吊装施工监测装置，其特征在于，包括：特殊标识装置、图像跟踪采集装置和监测系统，所述特殊标识装置固定连接在缆索上，所述图像跟踪采集装置用于周期性遍历缆索上的特殊标识装置，所述监测系统连接图像跟踪采集装置。2.根据权利要求1所述的一种基于缆索直顺度测量的吊装施工监测装置，其特征在于：所述特殊标识装置采用缠绕或包裹粘贴的方式固定在缆索上，每一根缆索上固定三个特殊标识装置，三个特殊标识装置等间距均布于缆索从底端起始的一米长度处。3.根据权利要求2所述的一种基于缆索直顺度测量的吊装施工监测装置，其特征在于：不同缆索的特殊标识装置采用不同的颜色。4.根据权利要求2所述的一种基于缆索直顺度测量的吊装施工监测装置，其特征在于：所述特殊标识装置的标识图案纹理采用黑白网格图，同一个工程中不同的缆索黑白网格中的黑色方格能够替换成其他颜色。5.根据权利要求1所述的一种基于缆索直顺度测量的吊装施工监测装置，其特征在于：所述图像跟踪采集装置为相机，所述相机设置有一个或若干个。6.一种基于缆索直顺度测量的吊装施工监测方法，应用权利要求1～5任一项所述的一种基于缆索直顺度测量的吊装施工监测装置，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤一：在若干根缆索上固定特殊标识装置；步骤二：固定图像跟踪采集装置；并将图像跟踪采集装置连接监测系统；步骤三：在吊装过程中对标识段缆索进行图像采集；步骤四：分析采集后的图像，检测出标识精确位置，根据悬链线模型进行缆索的直顺度测量；步骤五：吊装过程中周期性执行步骤三和步骤四。7.根据权利要求6所述的一种基于缆索直顺度测量的吊装施工监测方法，其特征在于：在采集到新的缆索图像后，对该图像进行图像检测，基于深度学习方法提取该缆索上三个标识装置的精确像素位置。8.根据权利要求6所述的一种基于缆索直顺度测量的吊装施工监测方法，其特征在于：根据检测出来的三个标识在像平面的精确像素位置，以及三个标识在缆索布置时的实际位置，计算三个标识在物理平面中的位置，然后根据悬链线模型，计算拟合缆索的悬链线曲线，计算拟合后的悬链线与两端点直连线的最大距离，作为缆索直顺度的度量指标。9.根据权利要求6所述的一种基于缆索直顺度测量的吊装施工监测方法，其特征在于：所述悬链线模型为：悬链线方程为：y＝kcosh(x/k)-b，其中，双曲余弦函数coshx＝(ex+e-x)/2；转化为：(y-y0)/k＝cosh((x-x0)/k)；定义f(x，y；x0，y0，k)＝(y-y0)/k-cosh((x-x0)/k)；已知三个标识点的坐标(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)，求满足f(xi，yi；x0，y0，k)＝0，i∈{1，2，3}的(x0，y0，k)；通过牛顿迭代法，求解出悬链线公式的数值解(x0，y0，k)；已知缆索顶端吊点a，缆索底端吊点b两点的水平距离l和高差h；根据牛顿法计算求解的悬链线曲线，计算该悬链线与两端点a、b直连线的最大垂直距离，作为缆索直顺度的度量指标。

技术总结
本发明涉及工程监测测量技术领域，尤其涉及一种基于缆索直顺度测量的吊装施工监测装置及方法，包括：特殊标识装置、图像跟踪采集装置和监测系统，所述特殊标识装置固定连接在缆索上，所述图像跟踪采集装置用于周期性遍历缆索上的特殊标识装置，所述监测系统连接图像跟踪采集装置；在吊装过程中对标识段缆索进行图像采集；分析采集后的图像，检测出标识精确位置，根据悬链线模型进行缆索的直顺度测量。通过吊装过程中周期性执行上述两个步骤，实现对吊装施工过程中缆索的直顺度在线监测。本发明一种快速部署、经济可靠、非接触测量和高精度监测的基于缆索直顺度测量的吊装施工监测装置及方法。置及方法。置及方法。


技术研发人员：陈波涛 王森 王明涛 朱爱玺 程小华 张吉斌
受保护的技术使用者：中国核工业华兴建设有限公司
技术研发日：2023.03.23
技术公布日：2023/7/25