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基于光学图像的挠度测量方法研究及应用
| 论文题名： | 基于光学图像的挠度测量方法研究及应用 |
| 关键词： | 离轴数字图像相关方法;挠度测量;SIFT算法;图像矫正;自相关函数;损伤检测 |
| 摘要： | 桥梁等大型结构在使用过程中会因前期设计或施工过程中的安全隐患、过载以及老化等问题造成损坏，导致各种灾难性事故的发生，造成重大的财产损失和人员伤亡，因而需要开展大型结构的健康监测。挠度是桥梁结构健康监测中的一个重要参数，监测桥梁挠度可以有效防止桥梁发生不可预测的垮塌和恶化。传统的挠度测量方法往往需要在桥梁上布置多个传感器，使用和维护成本高昂。为此，本文发展了离轴数字图像相关方法和无人机挠度测量方法，以适用于远/近距离的非接触式挠度测量，最后将测量得到的挠度应用于损伤检测中。本文主要研究内容和结论如下： 1、建立了考虑离轴角的离轴数字图像相关方法，系统分析了相机内外参数及环境因素对挠度测量精度的影响，可以实现远距离桥梁挠度测量。研究发现：（1）挠度测量精度随测量距离的增大而减小，测量距离较远时（如200m以上），测量误差将超过1mm；（2）使用较大焦距的镜头可提高挠度测量精度；（3）相机仰角（15°以内）的变化对测量精度几乎无影响；（4）野外光强较弱时（小于500lux），挠度测量误差较大；（5）测量精度几乎不受环境温度变化的影响。 2、建立了一种基于SIFT算法的图像矫正方法，有效地消除无人机测量桥梁挠度时自身姿态变化引起的测量误差，可以实现近距离桥梁挠度测量。结果表明，该图像矫正方法可以有效地消除无人机姿态变化影响，测量误差约1pixel；在比较近的距离测量时（如10m以内），桥梁挠度测量误差可以控制在1mm以内。 3、发展了基于挠度测量的自相关函数损伤检测方法，并成功地应用于多层框架结构的损伤评估。实验结果表明：稳态激振频率下，识别得到的与预设的损伤位置相一致，同时损伤指标能够定量反应损伤的程度。 本文研究成果可以开发一套基于光学图像的结构健康监测系统，应用于不同结构的位移测量及损伤检测。 |
| 作者： | 冯健豪 |
| 专业： | 力学 |
| 导师： | 朱建国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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