非接触式多目交会测量系统-ZKHH-DMJHCL-V1.0

对于建筑结构加固与防灾工程设计优化一直以来都是科研人员孜孜不倦的追求。结构动力模型试验是研究结构非线性动力响应与地震破坏形态的一种重要手段，也是验证数值分析方法的一种有效方法。其中，以振动台进行建筑抗震实验是现有条件下能获得最接近于真实数据的实验手段。但是，由于需要建造尽可能还原真实建筑物理特性的模型进行实验，单次振动实验的成本十分高昂，花费很大的人力、物力与时间，时间成本和经济成本都使多次的建筑模型振动实验是难以实现的。因此，在振动实验中获取尽可能多的数据成果是建筑模型振动实验的关键所在。 以往的实验都会在模型结构上设计安装很多个应力计和加速度计等接触式传感器来量测模型结构的动力响应，这些附着设备本身对于建筑模型来说是不应有的，在振动实验中可能会对实验目标产生直接的相互作用，造成物理力学影响、干扰数据精确度。另外，随着模拟输入波的强度增加，模型结构会出现破损甚至倒塌。一般为保护成本高昂的传感器，当目标建筑模型处于濒临溃散的关键时刻，需要中断实验并取下附着的测量设备避免其被崩塌的建筑材料损毁，这样不但无法获取极为重要的溃散过程中目标模型的各部位各项参数，而且在濒临毁坏的模型上取下仪器的过程本身也是不安全的。最后，接触式传感器装配过程非常复杂，且数量有限难以做到高密度测量。 随着高速摄影技术及数字图像处理技术的发展，非接触式多目交会测量系统因其全局化、非接触、高精度、动态测量、实时测量、不易损坏、环境适应性强等优点，被越来越多地应用于建筑防震抗震、地质灾害防治等领域中。作为同时兼具可视化与可量化的先进工具，非接触式多目交会测量系统逐渐成为大视场力学研究中的主要测量方法。其功能主要体现在：实现结构动力模型试验过程的可视化，全方位捕捉试验过程中目标物的瞬态变化细节，实时输出高清视频并记录图像数据；基于多个相机不同角度同步采集记录的海量数据，结合数字图像处理技术与高精度测量软件，从而获得试验过程中不同方位多个特征点的高精度的空间位置变化数据，为研究结构性能及破坏机理、防灾工程设计优化、建筑结构健康评价等提供科学依据。 二、系统方案设计 2.1 方案设计原则 系统总体设计是系统建设的核心，关系到系统建设的实用性、稳定性、创新性、科学性和高效性，为确保本套系统能正常投入试验任务中，在系统总体设计时我们严格遵循如下原则： 1、先进性和成熟性 系统必须综合利用国内外成熟技术，符合国际发展趋势。在设计过程中充分依照国际上的规范、标准和国内成熟的高速存储系统体系结构来做构架整体模式；在运行使用中充分应用先进和成熟的通用化技术来满足建设要求；在综合管理中充分把科学的业务流程和标准化产品紧密结合来确保稳定可靠；与此同时，用先进性和成熟性来确保系统具有较强的生命力。 2、稳定性和可靠性 室内试验系统对可靠性、稳定性需要更高的要求，必须在设计时予以综合考虑。在选用阶段，必须根据国际标准、国家标准和行业规范，采用成熟稳定可靠的硬件产品、数字图像处理技术与软件技术；在运行阶段，必须考虑到可能发生的问题，设置应用故障切换方法；在维护阶段，必须坚持以保证系统的可靠性为首的原则，为用户提供及时准确的全方位服务。 3、经济性和适用性 系统总体设计应确保性能优越，避免过度建设。在选型时必须综合衡量，选用性价比较高的软硬件产品；在设计时坚持面向实际、注重长效、经济实用的原则，合理利用资源、科学节省投资。 4、可扩展性和易操作性 总体设计必须着眼稳定性，系统结构必须便携化，功能结构必须模块化，降低各功能模块耦合度的同时还要充分考虑到操作的简易性；总体设计必须保证前瞻性，充分考虑系统扩容、扩充和维护的可行性；总体设计必须具备扩展性，要求能够支持硬件设备、系统软件和应用软件多个层面的未来升级。与此同时，还可通过负载平衡、灵活配置等，使系统适应不同试验应用的需求。 5、安全性和保密性 系统设计必须把安全性放在首位，构建主动、有效的系统保密体系。首先应保障实验室安全，确保系统中任何部件不会造成实验室火灾、人身伤害等安全隐患。在存储设备管理、数据传输以及全寿命周期管理中严格遵守保密原则，确保所有硬件设备和软件系统不留后门，在系统的使用、维护、维修、升级时能够保证数据不会泄露。 2.2 方案设计思路 根据应用需求，为了确保混泥土构件四个面甚至更多面的多个特征点的数据采集的完整性与全面性，该系统方案主要由4套非接触式多目交会测量仪（每套含2台高速相机与2台专用工控机）、8支定焦镜头、1套标定物、8个辅助照明光源、1套同步控制器、1台高性能数据处理工作站、8个三脚架、1套数据处理软件、4套操作软件组成。 系统可实现结构动力模型试验过程的可视化，全方位捕捉试验过程中目标物的瞬态变化细节，实时输出高清视频并记录图像数据；基于多个相机不同角度同步采集记录的海量数据，结合数字图像处理技术与高精度测量软件，从而获得试验过程中不同方位多个特征点的高精度的空间位置变化数据，为研究结构性能及破坏机理、防灾工程设计优化、建筑结构健康评价等提供科学依据。