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基于数字图像处理考虑相机运动的桥梁测量方法
| 论文题名： | 基于数字图像处理考虑相机运动的桥梁测量方法 |
| 关键词： | 桥梁测量方法;数字图像处理;相机运动;单应性矩阵;测量系统;图像采集 |
| 摘要： | 光学测量由于本身非接触式、高效、快速的特点，在土木工程相关领域得到大量的应用，尤其是桥梁检测、监测方面，国内外许多学者都有着丰富的研究。但是，传统的光学测量方法考虑的应用场景往往是以固定相机为前提，而对于一些特别情况下的变形测量，固定相机并不能很好满足实践需求。例如，在土木工程中经常遇到的细长构件的变形测量中，一方面固定相机造成竖向分辨率利用不足，另一方面，通常场地并不总能给固定相机提供可以确保相机足够覆盖全梁视野的架设位置。除此之外，在利用数字图像方法测量实桥挠度的过程中，实验人员在测量目标定位和比例系数的确定这两个步骤上会因为环境光照干扰以及传统测距仪指示性能有限产生困难。由此，本文基于数字图像处理方法，对于传统测量方法中存在的上述局限性，做了如下两个方面的工作： 提出基于单应性矩阵和运动单相机的细长构件全场变形测量方法。在实际应用通过手持单个相机运动拍摄多张构件图片，实现细长构件全场变形测量，解决了相机固定难以拍摄全场以及竖向分辨率利用不足的问题，具有操作简单，实验布置灵活的优势。其中，为了提高单应性矩阵求解精度，设置编码标志点，通过并基于人工筛选对RANSACK匹配结果进行优化。该测量方法的可靠性在室内一根长度6米的混凝土梁受弯力学试验中得到了验证，利用本文提出的全场测量方法获得的关键点挠度值和提前安装的位移计结果较为吻合。 开发了基于数字图像的站立式相机测量系统。目前已有相关产品存在实验操作不便，目标定位困难以及比例系数难以确定等不足，由此，本研究在硬件设计方面进行了高性能激光指示器、测距仪结合姿态传感器的集成设计，结合计算机视觉中高鲁棒性、运算效率高的IC-GN图像处理方法，具有目标定位便捷，测角测距、图像采集一体化的优势，为实际工程测量提供了极大的便利。其可靠性通过位移台给定位移与相机系统测量结果得到了验证。最后，基于图像测量方法进行了南京长江大桥在日常运营下的挠度变化测量，从实际应用层面对桥梁测量效果进行了定性评估，测量结果准确的捕捉到火车通过时桥跨各个关键点变化情况，其变化与力学规律相符，从而证实了测量系统采用的挠度测量方法的适用性。 |
| 作者： | 朱健平 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 张建;张宇峰 |
| 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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