[發明專利]一種基于運動補償的計算機視覺結構振動監測方法

有效

• 申請號: 202011222425.9
• 申請日: 2020-11-05
• 公開（公告）號: CN112378507B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 葉肖偉;李哲勛;金濤
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G01B11/02
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵

本發明提出的基于運動補償的計算機視覺結構振動監測方法利用雙攝像頭系統進行自運動補償。雙攝像頭系統由彼此剛性連接的主攝像頭和副攝像頭組成。主攝像頭直接測量結構位移，該方法不可避免地會存在因主攝像頭運動產生的誤差。同時，副攝像頭測量雙攝像頭系統在平動、轉動兩方面的位移，用來估計主攝像頭運動引起的測量誤差。然后從主攝像頭直接測量的位移中減去測量誤差，得到修正后的結構位移，真實準確地實現橋梁結構振動監測。

技術領域

本發明涉及到一種計算機視覺結構振動監測方法。

背景技術

部分橋梁結構由于設計理論不完善、建造期間材料的限制，施工質量不佳等初始缺陷，存在較大的安全隱患。橋梁建成后在運營過程中，受到各種荷載日積月累的作用，包括自重、預應力、交通、溫度變化和損傷引起的應力重分布等，會經歷長期的結構變形，產生性能退化。此外，在役橋梁還有可能經歷地震、臺風等災害性因素的影響，發生結構破壞。橋梁的初始缺陷、性能退化、結構破壞等問題，使得橋梁垮塌事故不斷涌現，造成大量經濟損失和人員傷亡，因此橋梁安全運營和健康監測越來越受到重視。

在橋梁監測中，振動狀態是一項重要的監測內容，可以反映橋梁的結構健康狀況。因此，橋梁振動監測被廣泛應用于結構健康監測和安全評估，現有的橋梁結構振動監測方法主要有如下幾種：

在橋梁結構內部嵌入加速度傳感器，并在日常的運營過程中，收集車輛通行時激發的橋梁振動。該方法理論上能實現對結構的長期監測，但是，傳感器需要在建橋時提前安裝并且發生故障后難以進行維護和更換。

在橋梁表面安裝加速度傳感器，使用錘擊法和激振器法，即通過激勵裝置(力錘和激振器)對結構進行激勵，在激勵的同時測量結構響應。該方法能夠直接測量橋梁振動，測量結果準確可靠。然而作為臨時性安裝的加速度傳感器，存在傳感器安裝困難、監測頻次低等問題，難以對數量龐大的在役橋梁及時進行振動監測。

通過移動車輛來識別橋梁振動的方法。該方法在試驗前需要封道處理，以排除其他車輛的干擾。試驗過程中，安裝有加速度傳感器的檢測車會行駛通過目標橋梁，傳感器則記錄車輛在橋面上行駛過程中的振動數據。基于橋梁的結構信息(結構類型、橋長、橋寬、組成材料)，車輛結構信息(車輛軸數、軸重、軸距、懸掛剛度)以及車輛振動數據，通過車橋耦合振動關系，利用車輛的振動數據計算橋梁結構的振動，再通過模態分析得到橋梁模態頻率。該方法比在橋上安裝加速度傳感器進行測量效率更高，但專用檢測車輛價格昂貴，難以大量裝備，面對大量的現役橋梁，依然存在監測頻次低的問題。此外，檢測時封道處理會影響車輛通行，在交通繁忙路段難以實施。

近年來，計算機視覺技術的發展使得攝像頭可以用作振動監測傳感器?；谟嬎銠C視覺的土木工程結構振動監測方法因安裝方便、系統成本低、測量分辨率高等優點而被逐漸采用。大多數基于計算機視覺的方法都是直接從結構運動的視頻中計算結構振動，該方法假設相機在監測過程中始終固定不動。但是，長期完全固定相機是不切實際的，臨近車輛行駛，固定裝置松動等因素會使得相機位置或者角度會發生變化，導致監測的結果變化。所以基于相機完全固定假設的計算機視覺監測方法在監測時本身就存在誤差，從而影響測量精度。

發明內容

基于上述分析，本發明提出了基于運動補償的橋梁結構振動計算機視覺監測方法，以克服現有技術的缺點，實現對橋梁結構振動的準確監測。

本發明提出的基于運動補償的橋梁結構振動計算機視覺監測方法利用雙攝像頭系統進行自運動補償。雙攝像頭系統由彼此剛性連接的主攝像頭和副攝像頭組成。主攝像頭直接測量結構位移，該方法不可避免地會存在因主攝像頭運動產生的誤差。同時，副攝像頭測量雙攝像頭系統在平動、轉動兩方面的位移，用來估計主攝像頭運動引起的測量誤差。然后從主攝像頭直接測量的位移中減去測量誤差，得到修正后的結構位移，真實準確地實現橋梁結構振動監測。

一種基于運動補償的計算機視覺結構振動監測方法，具體實施步驟如下：

A安裝攝像頭；