基于機器視覺的橋梁健康監(jiān)測與狀態(tài)評估.pdf

1、橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測致力于監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)的環(huán)境及工作參數(shù)，觀測結(jié)構(gòu)的靜動態(tài)特征并進行結(jié)構(gòu)狀態(tài)和安全評估，給出有指導意義的結(jié)構(gòu)檢查和維護建議。在一套橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)當中，需要安裝不同類型的傳感器來連續(xù)獲取橋梁結(jié)構(gòu)的各項物理參數(shù)指標，并運用數(shù)據(jù)驅(qū)動的結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估方法對橋梁的性能和安全狀況進行診斷及預(yù)后。傳統(tǒng)的傳感監(jiān)測方法在實際橋梁健康監(jiān)測當中已經(jīng)暴露出了耐久性差、測量精度低、采樣頻率低、安裝使用不便、易受電磁干擾等諸多問題。橋梁健康監(jiān)測領(lǐng)域需要新

2、的監(jiān)測技術(shù)來解決這些問題。本文結(jié)合機器視覺技術(shù)與傳統(tǒng)的土木工程監(jiān)測方法，構(gòu)建了一套基于機器視覺的橋梁健康監(jiān)測與狀態(tài)評估體系，并對其本身性能進行了評估。主要的研究工作如下:
　　(1)給出了橋梁健康監(jiān)測的基本內(nèi)容與研究重點，闡述了現(xiàn)階段結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域的熱點問題以及關(guān)鍵監(jiān)測技術(shù)，研究了基于機器視覺的傳感技術(shù)與方法在土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域中的應(yīng)用進展，并給出了本文的研究思路。
　　(2)分別提出了基于灰度模板匹配算法、基于顏色

3、模板匹配算法和基于均值漂移追蹤算法等三種機器視覺多點結(jié)構(gòu)動態(tài)位移監(jiān)測方法。通過實驗室框架振動試驗與傳統(tǒng)的磁致伸縮位移傳感器進行對比驗證，驗證了三種方法對于位移測量的準確性、可靠性和穩(wěn)定性。并對三種方法進行了評估，給出了在實際橋梁監(jiān)測中運用各種方法的建議。通過現(xiàn)場實橋的移動荷載試驗進一步驗證了基于灰度模板匹配算法的多點結(jié)構(gòu)動態(tài)位移監(jiān)測方法的可行性和準確性。
　　(3)運用基于機器視覺的多點結(jié)構(gòu)動態(tài)位移監(jiān)測方法對實驗室中模擬橋面板的簡

4、支梁和模擬橋塔的豎桿進行振動監(jiān)測和動力特性識別，并與傳統(tǒng)的加速度傳感器方法進行對比，驗證了本文提出的方法在結(jié)構(gòu)振動監(jiān)測和動力特性識別方面的可行性和準確性。
　　(4)將基于機器視覺的多點結(jié)構(gòu)動態(tài)位移監(jiān)測方法與材料力學基本理論相結(jié)合，提出了基于機器視覺的鋼纜索索力監(jiān)測方法，在實驗室的萬能試驗機上對三種不同類型的纜索試樣（鋼筋、鋼絲繩及平行鋼絞線束）進行了張拉試驗和索力監(jiān)測，與萬能試驗機的力傳感器進行對比驗證了本文方法的可行性和準確性