[發明專利]一種基于監控視頻的橋梁結構模態分析方法

有效

• 申請號: 202011337886.0
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112637553B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 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: H04N7/18
• 分類號: H04N7/18;G06T7/20;G06T7/00;G06T5/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵

一種基于視頻監控的橋梁結構模態分析方法，利用多個連續的攝像頭實現對橋梁結構的高精度監測。首先，在各個攝像頭的視角內選擇若干區域，計算這些區域圖像與實際的轉換關系；其次，將攝像頭拍攝圖像的圖上位移轉化為其實際的位移，得到目標相對于攝像頭的位移；從橋臺地面開始，將相鄰攝像頭的位移依次差值傳遞，得到所有攝像頭本體的位移；最后，計算所有目標相對于橋臺地面的位移，并計算橋梁結構的模態。本發明能夠利用現有攝像頭，不需要安裝新的監測設備，應用范圍廣，監測準確率不受溫度、濕度、酸堿性等環境因素影響。

技術領域

本發明涉及到一種橋梁結構模態分析方法。

背景技術

橋梁結構，特別是大跨橋梁，由于持續和短暫負荷的影響，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，會使得結構經歷長期的撓度變化。部分橋梁由于設計理論不完善，建造期間材料的限制，施工質量缺陷以及超載突發災害等影響，在運營過程中存在較大的安全隱患。橋梁材料疲勞老化，橋梁垮塌事故不斷涌現，造成了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，結構模態是一項重要的安全指標，表征結構剛度的變化，可廣泛應用于結構健康監測，可以由振動分析得到。現有的橋梁結構振動測量方法有如下幾種：

使用接觸式傳感器進行監測，通常需要在結構上粘貼或者嵌入光纖光柵等位移傳感器或壓電式、電容式等加速度傳感器，從而將位移量或者加速度值轉換為電量，實現對結構振動的監測。在實際工程應用中，接觸式傳感器有著非常重要的作用，該方法精度較高，但是安裝、維修困難，同時會對原有結構造成損害，存在較大的局限性；

通過移動車輛來識別橋梁模態的方法，在試驗前需要封道處理，排除其他車輛的干擾。試驗過程中，駕駛安裝有加速度傳感器的檢測車通過目標橋梁，記錄車輛在橋面上行駛過程中的振動數據。該方法通常用于橋梁結構的檢測，由于檢測頻率較低，難以應用于結構的長期監測中。此外，檢測時封道處理會影響車輛通行，在交通繁忙的路段難以實施。

計算機視覺方法作為一種新型的位移測量方法，可以有效避免上述接觸式和非接觸式位移測量方法的弊端，其遠距離、非接觸、低成本、高精度、抗電磁干擾的優點已經得到了廣大土木工程研究人員的關注和認可。

以往的計算機視覺方法為了實現對橋梁全橋結構的監測，通常在遠離橋梁的地點安置攝像頭，測量的精度難以保證；而在橋上調用監控攝像頭則存在兩個問題：監控攝像頭難以實現對橋梁的覆蓋；同時位于近處的監控攝像頭拍攝的圖片存在較大的畸變，影響對橋梁位移的識別。

發明內容

基于上述分析，本發明要克服現有技術的上述缺點，提供一種基于監控視頻的橋梁結構模態分析方法。

本發明提出的基于監控視頻的橋梁結構模態分析方法，該方法利用多個連續的攝像頭實現對橋梁結構位移的高精度監測。首先，在各個攝像頭的視角內選擇若干區域，計算這些區域圖像與實際位移的轉換關系；其次，將攝像頭拍攝圖像的圖上位移轉化為其實際位移，得到目標相對于攝像頭的位移；從橋臺地面開始，將相鄰攝像頭的位移依次差值傳遞，得到所有攝像頭本體的位移；最后，計算所有目標相對于橋臺地面的位移，并計算橋梁結構的模態。

本發明的一種基于監控視頻的橋梁結構模態分析方法，包括如下步驟：

A.安裝攝像頭，標定監測點、參照點；

A1.在待測橋梁上，安裝若干攝像機，并保證相鄰攝像機在其監控區域內；

A2.考察待測橋梁，綜合考慮路面、欄桿、監控攝像機的位置和監控區域，根據需要選擇監測點和參照點，選點時保證所有點位和監控攝像機之間沒有任何障礙物遮擋，并選取至少四個參照點；

A3.對監測點和參照點進行標記，標記后點應與周圍背景在存在較大差別，使其易于計算機識別；

A4.在橋梁路面上設立坐標系，測量參照點的空間坐標；