[發明專利]一種橋梁人致沖擊荷載光學測量方法及其快速測試系統

有效

• 申請號: 201810004467.1
• 申請日: 2018-01-03
• 公開（公告）號: CN108458847B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 張建;田永丁;于姍姍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01M7/08
• 分類號: G01M7/08;G01M7/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 向文

1.一種橋梁人致沖擊荷載光學測量快速測試系統，其特征在于：包括圖像拍攝裝置、數據采集系統和數據分析系統，所述圖像拍攝裝置用來獲取行人在不同跳躍形式下的運動圖像序列；所述數據采集系統采集行人跳躍時的運動圖像并同時采集被測結構在行人激勵下的動態響應，并存儲采集的圖像序列和結構響應時間序列文件；所述數據分析系統包含人致沖擊荷載估算模塊和結構靜動力參數識別模塊兩部分，所述人致沖擊荷載估算模塊用于得到行人跳躍時作用于結構的動態沖擊荷載，所述結構靜動力參數識別模塊基于測量的人致動態沖擊荷載，實現結構深層次參數識別，用于結構當前安全狀態以及長期性能評估，對橋梁結構的健康狀態進行評估。

2.根據權利要求1所述的一種橋梁人致沖擊荷載光學測量快速測試系統，其特征在于：所述圖像拍攝裝置為高速相機。

3.根據權利要求1所述的一種橋梁人致沖擊荷載光學測量快速測試系統的測量方法，其特征在于：包括如下步驟：

1)圖像采集：通過圖像拍攝裝置獲取到行人在不同跳躍形式下的運動圖像序列，數據采集系統采集行人跳躍時的運動圖像并同時采集被測結構在行人激勵下的動態響應，并存儲采集的圖像序列和結構響應時間序列文件；

2)行人跳躍時豎向速度信息計算：采用粒子圖像測速技術獲取人體上下跳躍時各個子區的速度時程；

3)行人豎向跳躍時的加速度信息計算：在得到各個子區的速度時間序列之后，利用差分算法可以得到各個子區的加速度時間序列，將速度變化比較明顯的子區加速度時間序列挑選出來便于后續沖擊荷載估算；

4)人致動態沖擊荷載估算：將步驟3中符合條件的加速度時間序列與人體各個部位的質量相乘，便可以得到人體作用于結構的動態沖擊荷載；

5)結構參數識別及性能評估：基于人致沖擊荷載和結構振動響應可以實現結構深層次參數識別，從而進一步實現結構撓度預測、損傷識別以及狀態評估。

4.根據權利要求3所述的一種橋梁人致沖擊荷載光學測量快速測試系統的測量方法，其特征在于：所述步驟2的具體流程為：假設拍攝得到t_i和t_i+1時刻的運動圖像，分別對t_i和t_i+1拍攝的圖像進行子區劃分，取t_i時刻的任意一個子區為G_i，其子區中心為(x₀，y₀)，t_i+1時刻與之對應的圖像子區為G_i+1，對G_i和G_i+1區域的灰度分布信息進行比較，即：

便可以得到t_i+1時刻相對于t_i時刻的位移變化量ΔD(m，n)，結合兩張圖像之間的時間間隔Δt＝t_i+1-t_i，從而可以得到t_i時刻的運動速度，即v(m，n，t_i)＝ΔD(m，n)/Δt，對所有子區進行計算，可以得到人體跳躍時的各個子區的速度時間序列；

所述步驟3的具體流程為：在得到子區的速度時間序列后，利用如下差分算法可以得到各個子區的加速度時間序列，即：

a(m，n，t_i)＝[v(m，n，t_i-2)-8v(m，n，t_i-1)+8v(m，n，t_i+1)-v(m，n，t_i+2)]/12Δt

其中，v(m，n，t_i-2)為子區(m，n)在時刻t_i-2的速度信息；v(m，n，t_i-1)為子區(m，n)在時刻t_i-1的速度信息，依次類推，a(m，n，t_i)為子區(m，n)在時刻t_i的加速度信息；Δt為相機拍攝兩相鄰圖像之間的時間間隔；

然后，將速度變化比較明顯的子區加速度時間序列挑選出來便于后續沖擊荷載的估算。