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基于计算机视觉的车撞桥梁识别与响应分析
| 论文题名： | 基于计算机视觉的车撞桥梁识别与响应分析 |
| 关键词： | 车-桥碰撞;计算机视觉;目标检测;目标跟踪;有限元分析 |
| 摘要： | 随着道路交通运输、城市人口及规模的持续增扩，发展跨线桥、高架桥等立体交通方式成为缓解城市道路压力的关键手段。但由于车辆运输、交通监管、桥梁设计等原因，车撞桥梁事故时有发生，传统的人工检测手段日益不能满足实际需求。基于计算机视觉的图像异常状况识别可通过人工智能来判断视频是否发生异常事件，系统通过循环计算监控周期内连续多帧图像中汽车状况来检测是否有车-桥撞击事故发生，并实现对车速的实时检测。本文基于视频的目标检测和目标跟踪算法实现车撞桥梁以及车辆测速，并对桥梁结构因撞击荷载导致的动力响应进行分析。本文主要研究内容包括： 提出一种基于目标检测算法对车撞桥梁事故异常事故的检测方法，首先构建了道路车辆以及异常车辆数据集，并为提高检测模型精度对数据集进行扩充避免过度拟合；基于YOLOv5目标检测算法实现了道路车辆运动目标的检测，通过该目标检测模型可以检测出视频图像序列中道路车辆并回归检测框的坐标位置；对于车辆撞击桥梁异常事故的发生判定，在桥梁护栏、桥墩等易受到撞击的结构部位划定检测线，通过判断由目标检测系统得到的目标代表点坐标与检测线方程坐标两者的位置关系判定车-桥是否发生撞击。 在车辆检测的基础上实现目标车辆的跟踪，采用DeepSORT算法对道路运动目标进行跟踪。目标跟踪算法关键是实现对相邻两帧检测目标的关联匹配，其中通过卡尔曼滤波器预测物体在下一时刻的状态信息，通过匈牙利算法度量相邻两帧检测目标之间的匹配度。选用每一帧通过目标检测回归的检测框中心作为代表点，通过目标检测模型得到每帧图像中代表点的位置坐标，再利用单视测量的方法完成图像坐标系和实际坐标系的转换，继而计算出车辆的速度，并且显示车辆撞击桥梁行为发生时的车速。 研究了桥梁在撞击荷载作用下的动力响应，将现有的撞击力计算分析方法按照动量原理、能量原理和经验公式法进行归纳，并分析了国内外相关规范对于车撞桥梁的撞击力计算方法和规范取值，借鉴欧洲规范提出半正弦曲线描述撞击力时程曲线，参考规范提到的碰撞力计算的指示性数据，通过有限元模拟，分析了车辆撞击下的桥梁响应。 |
| 作者： | 徐迪 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 鲍跃全 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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