基于影像视频获取桥梁动力响应参数方法探索

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桥梁的动力性态是结构安全状态评价的重要依据,现有技术通常依据有限点接触式传感器数据推算桥梁的动力特性参数,费用高、效率低、且无法获取结构的全息动力性态变化。本文依托导师主持的国家自然科学基金面上项目“基于影像轮廓线叠差分析获取桥梁全息变形及结构状态演绎方法探索(51778094)”,开展了基于非接触式高速摄像机获取桥梁结构全息动力性态数据的探索,主要研究工作如下:
  (1)针对室内自锚式悬索桥模型,采用高速摄像机获取了模型桥在多种人工激励下的动态响应视频;归纳了现有基于视频的信号放大技术类别、原理和实现步骤,对比分析了各类算法的特点和适用性;针对桥梁结构的微小动力响应特征,基于欧拉动态微变形放大算法原理,应用视觉测量的相关理论对悬索桥模型视频进行分析处理,实现了桥梁动态响应的微小运动放大可视化。
  (2)针对经放大处理后的悬索桥动态响应视频图像,采用Canny边缘检测算子进行悬索桥主梁图像边缘轮廓线提取,获取了t时刻主梁边缘轮廓线的全息几何形态;提出基于视频的结构动力响应信息获取方法:通过在时间维度上固定边缘框选位置,对该区域灰度值进行平均以及叠差的方式来获取灰度值-时间曲线,并应用傅里叶变化获取结构动力响应参数。该方法基于短时间内图像噪声一致的假定,通过叠差与平均进行降噪处理;最后通过编写相关代码,实现了基于视频的结构动力响应参数计算;并与传统加速度传感器测值进行了比较,验证了本文方法的有效性。
  (3)进行了简支梁桥振动形态的理论推导,开展了简支梁模型桥在多种激励下动态响应的试验研究,同时采用传统加速度传感器和高速摄像机采集了模型桥的动态试验数据,并将理论计算、测点加速度、视频动态微变形放大三种方式获取的频率值与振动形态进行对比分析,验证了本文方法的可行性和合理性。最后,在距重庆市东水门长江大桥约500米以外设置摄像机站点,对该斜拉桥的拉索进行了视频数据采集,基于本文方法分析获得的拉索频率值与实测值相符。
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