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原文传递基于计算机视觉人行桥挠度影响线及模态参数非接触识别

论文题名：	基于计算机视觉人行桥挠度影响线及模态参数非接触识别
关键词：	桥梁结构;挠度影响线;模态参数;计算机视觉;非接触识别
摘要：	随着轻质、柔性材料的快速发展及国民经济水平的不断提高，设计师在设计人行桥时有了更少的材料束缚和更广的设计思路，各类轻质高强及视觉效果优美的玻璃人行桥被广泛地建造于城市交通网络和各大景区、山区。此类结构在设计使用寿命期间由于日常使用和风、车辆、行人、温度等其他外部因素的影响下，不断发生变化、退化和损伤，甚至坍塌，故需要对结构进行定期或持续的监测和评估，并在必要时进行维护和修复。基于视觉的方法因其成本低、安装方便、适用范围广、非接触等原因越来越受到结构健康监测领域的关注。　　位移是评估桥梁状况和性能的重要指标，测量桥梁在规定载荷下的挠度可估计桥梁承载能力，识别桥梁可能发生的变化或损坏，为桥梁是否需要加固提供依据。影响线对桥梁损伤检测和承载力评估具有重要作用，计算桥梁在无损、受损情况下的位移影响线和影响面曲率差异，可确定损伤程度及定位损失。模态参数与结构的力学特性直接相关，通过结构响应数据识别模态参数能够检测结构的演化，从而快速、经济地实时监测结构健康状况。本文根据上述问题首先通过改进LK光流法和模板匹配法开发了两种人行桥位移视觉测量系统，通过试验对两种测量系统的精度进行了验证。然后将位移视觉测量系统与无线传感器相结合，建立了人行桥影响线完全非接触式识别系统，通过试验验证了该系统的可行性。最后通过将多点位移视觉测量系统与模态参数识别理论相结合，开发了一种人行桥模态参数非接触式识别系统，并在人行荷载作用下识别了人行桥模态参数。基于计算机视觉得到的人行桥挠度影响线及模态参数可为结构工程师准确高效地提供桥梁损伤检测依据。　　本文的主要研究内容包括以下几个方面：　　（1）开发人行桥位移视觉测量系统，研究了不同拍摄条件对位移测量精度的影响，并通过试验验证了该系统的精确度，并将其应用于实际工程位移响应测量；　　（2）建立人行桥挠度影响线完全非接触式识别系统。通过引入遮挡模型改进YOLO算法得到行人位置信息，结合无线传感器得到的行人荷载作为结构输入数据。通过视觉测量人行荷载作用下的位移响应作为结构输出数据。根据结构输入输出数据反算影响线，并利用多项式分段拟合得到具有准静态特性的挠度影响线。　　（3）建立人行桥模态参数完全非接触式识别系统。在激振器激励下通过视觉测量桥上5个目标点的位移响应，采用随机子空间法得到人行桥模态参数，并将其与传统方法得到的模态参数对比，验证了该系统的准确性。最后在人行荷载作用下，利用所开发的模态参数非接触式识别系统识别了人行桥模态参数。
作者：	陈建邦
专业：	结构工程
导师：	朱前坤
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州理工大学
学位年度：	2021