[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

本發明公開了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，第二部分為橋梁承載力評估；應用高分辨率高幀率相機采集車輛移動過程中和車輛駛離橋梁后橋梁跨中截面測點的振動圖像，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數據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數據，計算識別得到橋梁跨中截面的實測撓度影響線和橋梁實測頻率，以實測撓度值和橋梁頻率為狀態變量，以敏感性分析得到的參數為設計變量修正優化初始有限元模型，得到橋梁基準有限元模型；基于修正后的基準有限元模型進行橋梁承載能力評估。

技術領域

本發明涉及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，屬于橋梁檢測評定技術領域。

背景技術

橋梁評估是利用應變、變位等靜力參數，或者頻率、阻尼、振型等動力參數，對既有橋梁的安全性和可靠性進行評估計并做出工程決策的過程。目前常用的橋梁承載力評估方法主要有外觀檢測評定法、荷載試驗評定法、基于設計規范評定法、專家系統評估法等，以上評估方法均有自身的局限性：外觀評定法和專家系統評估法簡單且依賴于工程師的經驗和專家的專業水平，評估過程中包含許多不確定性因素；荷載試驗需要中斷交通，耗時費力；基于設計規范評定法不能真實可靠地反映橋梁的實際劣化狀況，且需要面對設計規范更新、荷載模式變化等問題，一定程度上影響了評估的準確性。

橋梁檢測工作經歷了由人工檢測、橋檢車檢測發展到各種無損檢測，近年來，隨著計算機科學、光學的快速發展和廣泛應用，出現了非接觸式的智能檢測技術，為橋梁檢測提供了更優的選擇，其中機器視覺方法是目前備受關注的橋梁檢測方法。該方法基于機器視覺理論，目的是讓計算機代替人工，對橋梁進行遠距離、高精度、低成本的自動檢測識別。機器視覺方法避免了人工檢測和橋檢車檢測速度慢、效率低、實時性差、影響交通的缺點。

橋梁現場測試包括動力測試和靜力測試，動力測試中，結構的頻率測試精度較高且能反映結構的整體效應；靜力測試中，結構的撓度測試精度較高且反映結構整體效應，而應變測試數據主要反映局部效應。因此，本發明選擇撓度和頻率兩個指標進行測量，能夠反映橋梁總體的靜動力性能。

發明內容

針對現有技術中存在的上述缺陷，本發明提供了一種能夠實現橋梁承載力快速評估的方法。

本發明是通過如下技術方案來實現的：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移動駛過橋面，計算橋梁跨中截面的理論撓度影響線和橋梁前2-3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橋梁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測量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；采用圖像識別跟蹤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)：