基于svm和相干平均去噪的大坝位移检测方法

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1、第35卷第2期中国科学技术大学学报Vol.35,No.22005年4月JOURNALOFUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINAApr.2005文章编号:025322778(2005)0220208206基于SVM和相干平均去噪3的大坝位移检测方法杨兴明,张培仁,丁学明,屠运武,孙丙宇,陈锐锋(中国科学技术大学自动化系,安徽合肥230027)摘要:在测量大坝、桥梁等建筑物的形变过程中,常需要采用微小位移测试技术.传统的测试方法难以实现在成本和维护费用较低、定标过程较为简单的前提下保证较高的测量精度.针对此问

2、题,提出了一种新的基于支持向量机和相干平均去噪的大坝微小位移检测方法.首先通过自行研制的图像采集卡获取测量所需图像,然后用相干平均对图像进行预处理,最后用支持向量机进行进一步去噪,试验结果证明了该方法可以在低成本、低维护费用、定标过程较为简单的情况下使测量精度满足实际要求.关键词:支持向量机;相干平均;去噪;CCD+中图分类号:TP206.1文献标识码:A0引言近十年来随着计算机和半导体技术的广泛应用,微小位移测试方法也有了很大的发展,特别是在大坝、山体、桥梁、建筑物、地形测量等领域尤为重要.微小位移测量应用在大坝测[1]量方面的方法有很多,其

3、主要归结为:①大地测量法.其缺点是精度低、受外界条件影响大,有很多的时间不能及时观测,操作复杂,不能迅速测得准确的结果;②引张线法和静力水[1]准法.由于其要求代替视准线的钢丝必须处于自由状态,因此存在受外界干扰大且不能同[1]时观测水平位移和垂直位移,难实现自动化的缺点;③静力水准仪.优点在于可以人工和自动两用,但由于故障率高,长期稳定性差,至今都没有取得令人满意的结果.④真空激光准[1～2]直测量法,是将三点法激光准直系统和一套适合于大坝变形观测特点的动态软连接真空管道系统恰当结合起来的新系统.但存在安装复杂、维护困难运行费用高等缺点.为解

4、决此问题,本文中提出了一种新的基于支持向量机(supportvectormachine,[6]SVM)和相干平均的大坝微小位移测试的系统,即首先通过相干平均法对获取的图像进行预处理,然后用SVM进行进一步去噪.试验结果证明文中提出的测试方法的精度可以达到±0.05mm,同时又克服了激光准直测量法中存在的安装复杂、维护成本高的缺点,具有一定的实用价值和良好的应用前景.3收稿日期:2004206221作者简介:杨兴明,男,1977年,博士生.E2mail:yxm@ustc.edu第2期基于SVM和相干平均去噪的大坝位移检测方法2091微小位移测试原

5、理1.1原理框图如图1所示,微小位移检测方法在硬件上主要有以下几个部分组成:(a)红外发射激光管1(测量和定标都工作),(b)红外发射激光管2(定标时工作),(c)红外滤波片,(d)CCD摄像头,(e)便携PC和高速图像采集卡,(f)反射棱镜.在测量的时候必须要选择一个参照物.红外激光管1和2、CCD摄像头和红外滤波片放在被测物的一端,而平面反射棱镜放在被测物的另一端.图1微小位移测试仪框图图2实际测量和定标的示意图Fig.1blockdiagramofmicro2displacementFig.2conventionaldiagramofac

6、tualmeasurementinstrumentmeasurementandcalibration1.2工作原理本文以测量大坝的水平位移和垂直位移为例来说明系统的工作原理,在测量,正常测量时所有位移都相对于绝对参照点,而不同种类型的参考点的选取是不一样的,在测量大坝水平位移时,假设大坝两端的山体是不动,分别在大坝的一端和山体安装红外发光管,再另一端的山体上安装反射棱镜,这样山体上的红外发光管用作参照点,大坝上的红外发光管用来测量水平位移,而垂直方向和挠度的测量时,参照点的选取是通过把红外发光管安装在一个有两自由度铰链的重锤上,因为重力的方向始

7、终是竖直向下的,这样就确定了垂直方向和挠度的绝对参照点.沿垂直方向安装仪器可以测得两个水平方向的位移量,沿水平方向安装仪器可以测得垂直位移和横向位移,测试仪放在不动点可以测得绝对位移,放在动点上可测得相对位移,实际测量原理如图一所示:当红外激光管1和2、CCD摄像头和红外滤波片固定于坝体的顶部,平面反射棱镜固定在坝体的底部.实际应用中需要三套这样的测量系统,一套是测量坝体顶端的位移,另外的两套是测量坝体的底端的位移和水平的位移.当红外激光管1发射出一束激光达到平面反射棱镜,就会产生一束平行的反射光,经过红外滤波片被CCD摄像头接收后,在所接收图

8、像上会形成一个发光亮斑.求出亮斑中心位置(X,Y)的坐标后,所要求的测量位移也就能测量出来了.1.3测试方法基准值的定标在实际的测量中一旦被测物相对于