[發明專利]一種基于機器視覺和模型修正的橋梁承載力快速評估方法

在審

• 申請號: 202210597897.5
• 申請日: 2022-05-30
• 公開（公告）號: CN114997009A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 亓興軍;丁曉巖;王珊珊;佀貞貞;孫緒法
• 申請（專利權）人: 山東高速集團有限公司;山東建筑大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/13
• 代理公司: 山東祺智知識產權代理有限公司 37361
• 代理人: 孫亞琳

1.一種基于機器視覺和模型修正的橋梁承載力快速評估方法，其特征是：包括兩部分：

第一部分為橋梁跨中截面測點振動數據采集和橋梁有限元模型修正，其包括如下步驟：

步驟一：按照設計圖紙和相關規范建立橋梁的初始有限元模型，采用靜力法模擬一輛加載車駛過橋面，獲得橋梁跨中截面的理論撓度影響線和橋梁前二階理論頻率；

步驟二：利用有限元軟件對橋梁設計參數進行敏感性分析，選擇對撓度和頻率影響較大的結構參數作為待修正參數；

步驟三：采用一輛加載車以一定速度緩慢行駛通過實際橋梁，在跨中截面選擇與有限元模型位置相同的撓度測點，作為機器視覺測量點，應用高分辨率高幀率相機采集車輛移動過程中橋梁跨中截面測點的振動圖像和車輛駛離橋梁后橋梁跨中截面測點的振動圖像；編制動態圖像識別程序，采用雙邊濾波算法對圖像進行降噪處理，利用ACE圖像增強算法提高圖像對比度，將RGB三通道圖像轉換為單通道圖像，實現圖像灰度處理；采用圖像識別算法識別提取車輛移動過程中橋梁跨中截面測點的撓度時程曲線和車輛駛離橋梁后橋梁跨中截面測點的自由振動撓度時程曲線，分別計算識別得到橋梁實測撓度影響線和頻率；

步驟四：將步驟二中得到的橋梁待修正參數作為設計變量，將步驟三中得到的實測撓度影響線和實測頻率作為狀態變量，利用實測值與理論值的差值構造目標函數如式(1)：

式中，ω_i、分別為橋梁第i階自振頻率的計算值和實測值，u_i、分別為橋梁第i個測點的靜力撓度計算值和實測值；w_i、w_i′為權重系數；f為實測與理論值差值目標函數；

步驟五：進行有限元計算結果后處理：分析整理步驟一中所得橋梁理論自振頻率和跨中撓度數據,并與靜動載試驗的實測值進行比較,代入目標函數進行計算；

步驟六：判斷目標函數和橋梁結構的反應是否滿足優化精度要求：若滿足要求則所采用的計算參數就是最優的參數值并結束模型修正過程，用優化后的設計變量修正橋梁初始有限元模型，得到能夠代表橋梁實際工作狀態的基準有限元模型；若不滿足要求則改變橋梁設計參數值繼續進行循環迭代分析直到滿足精度要求為止；

第二部分為橋梁承載力評估，其包括如下步驟：

步驟一：根據《公路橋梁荷載試驗規程》制定橋梁靜載試驗方案，使加載效率在0.95至1.05之間，加載車可采用三軸貨車，基于初始有限元模型計算試驗荷載下橋梁的理論設計撓度；

步驟二：依據靜載試驗方案的試驗荷載，基于基準有限元模型預測得到試驗荷載下橋梁跨中截面的實測撓度，該撓度即反映了實際橋梁的結構變形；

步驟三：采用下面的公式計算橋梁撓度校驗系數利用撓度校驗系數評定橋梁的承載能力：

式中：S_e為試驗荷載作用下基準有限元模型主要測點的實測彈性變位或應變值；S_s為試驗荷載作用下初始有限元模型主要測點的理論計算變位或應變值。

2.根據權利要求1所述的基于機器視覺和模型修正的橋梁承載力快速評估方法，其特征是：步驟三中所述的圖像識別算法是模板匹配法或光流法或特征點匹配法或基于形狀的匹配或基于深度學習的目標跟蹤法。

3.根據權利要求1所述的基于機器視覺和模型修正的橋梁承載力快速評估方法，其特征是：基于車輛駛離橋梁后橋梁跨中截面測點的自由振動撓度時程數據，采用結構模態參數識別方法計算識別橋梁的前2-3階自振頻率，結構模態參數識別方法包括隨機子空間識別法或最小二乘復頻域法或頻域分解方法或峰值提取法。