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高精度桥梁动态变形测量系统的设计
| 论文题名： | 高精度桥梁动态变形测量系统的设计 |
| 关键词： | 桥梁结构;竖向变形;动态测量;链式相机网络;时间同步;无线数据传输 |
| 摘要： | 桥梁的健康状况在一定程度上可以通过桥梁的挠度、应变和振动信号反应出来。其中，桥梁的挠度是指桥梁结构在重力载荷作用下的竖向变形，结构多点动态挠度的连线构成桥梁结构的动态竖向变形，它直接反应了桥梁结构的承载能力。因此，对桥梁结构竖向变形进行动态测量对于桥梁的安全运营具有重要的意义。现有的桥梁结构竖向变形测量方法大多只能进行单点和准静态测量，难以满足实际工程中连续多点高精度动态挠度测量的需求。为此，本文在相机链准静态多点挠度测量系统的基础上，对桥梁高精度动态变形测量技术进行了研究，实现了桥梁等大型结构动态竖向变形的多点、高精度测量，具体研究内容如下： （1）设计了桥梁动态变形测量系统的整体方案。针对桥梁结构的特征，建立链式相机网络结构动态挠度测量模型，验证了高精度桥梁动态变形测量的可行性。 （2）设计了一套高精度桥梁动态变形测量系统，该系统主要由标示模块、图像采集计算模块以及数据处理中心三部分组成。标示模块选择450nm单色自发光双圆形标志点，配合相机镜头安装的450nm滤波片，有效解决了环境光干扰下成像质量的问题；图像采集计算模块选用了Nvidia的JetsonNano嵌入式边缘计算卡，实现了60帧每秒的待测图像连续采集和亚像素级图形坐标实时解算以及无线数据传输功能，同时连接GNSS模组实现精确授时，保证了所有测量基站的精确同步采样；数据处理中心模块基于Qt框架开发出一套方便操作的GUI界面，通过轮询方式收集所有测量点的实时位移变化数据，并将数据送入位移解算公式，计算出各测量节点一段时间内的竖向位移的连续变化，最终绘制出待测区域的实时位移变化曲线。 （3）设计桥梁动态变形模拟实验，验证整体设计方案。实验首先对链式相机网络的内参、外参进行了标定，并计算出各测量节点之间的精确距离间隔及标志点单元在相机单元成像中的比例放大系数；同时对实验环境的静态噪声进行了测量和分析，排除静态噪声的影响；最后利用高精度电动位移台模拟桥梁结构的位移变形，并进行了多组的测量和计算。实验结果表明，系统测到的竖向位移值误差小于0.05mm，加速度值与实际设定值的偏差小于0.084mm/s2，初速度偏差小于0.1452mm/s，常速度偏差在0.02mm/s以内。实验结果也验证了测量系统对于桥梁发生多次动态变形的测量精度以及连续测量的稳定性，结果表明系统测量的绝对误差在0.04mm之内，标准差始终保持在0.035mm之内，测量精度高，稳定性好，能够完全满足桥梁结构动态变形的测量需求，最高可测振动频率为20Hz。 |
| 作者： | 董自强 |
| 专业： | 仪器仪表工程 |
| 导师： | 孙利生;李晓天 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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