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原文传递利用计算机视觉的位移影响面桥梁损伤识别研究

论文题名：	利用计算机视觉的位移影响面桥梁损伤识别研究
关键词：	简支梁桥;健康监测;损伤识别;计算机视觉;位移影响面;密集测点
摘要：	桥梁是城市交通非常重要的一部分，它连接了城市中的不同区域并提供了跨越障碍物的方式。在它使用过程中不可避免的因为设计原因、使用年限造成疲劳损伤甚至破坏，所以需要长期对桥梁进行结构健康监测。常规的桥梁监测方法有经济性高、桥梁通用性差以及传感器维护困难等缺点，因此为了寻找一种高效、直观、通用性强的桥梁结构健康监测方法，迫在眉睫。本文依托于导师所主持的国家自然科学青年基金项目（51708068），开展了利用计算机视觉的位移影响面桥梁损伤识别研究。通过桥梁在移动荷载下全场的位移影响面获取动态位移响应位置，并构建基于位移影响面的损伤定位指标以及推导损伤量化公式，实现了利用计算机视觉识别简支梁局部损伤。本文主要工作内容如下：　　首先，结合广义中跨位移影响线定理和挠度影响线定理，推导出移动荷载下桥梁全场无损位移影响面和有损位移影响面的公式。通过位移影响面纵坐标位移响应位置 y的定义，提出利用计算机视觉在密集测点下提取简支梁全场的位移影响面的方法。在室内自制单箱双室简支梁模型，通过相机标定、Canny边缘检测以及MATLAB软件编制的程序提取密集测点的移动荷载位置-位移曲线，并将各测点的移动荷载位置-位移曲线连接成位移影响面。　　其次，利用无损位移影响面以及有损位移影响面表达式，推导出基于位移影响面的损伤定位指标：位移影响面差值损伤识别指标DIS1(x,y)、位移影响面一阶差值损伤识别指标DIS2(x,y)和位移影响面二阶差值损伤识别指标DIS3(x,y)。通过有限元建立的单箱三室简支梁模型，以控制变量法分析三种指标在损伤位置、损伤程度、荷载大小、损伤数目的敏感程度，对比了三种指标损伤识别的敏感程度。　　然后，以位移影响面二阶差值损伤识别指标DIS3(x,y)为基础建立了一定损伤程度内的损伤量化公式，并在有限元内验证了不同影响因子对损伤程度量化的影响。通过对比由损伤定量公式得到的理论损伤与实际损伤的误差，验证了损伤量化公式的有效性。接着对比了利用传感器识别位移影响面与利用计算机视觉在密集测点下识别位移影响面的差异。结果表明，只有测点数目达到一定密度才能取得较好的损伤识别效果。　　最后，在结构实验室内的一座单箱三室简支梁模型上验证了通过计算机视觉获取密集测点下位移影响面的有效性。通过多组荷载工况和多组损伤工况试验验证了本研究提出的损伤定位指标、损伤定量公式的可行性。在即将加固的实桥-重庆市菜园坝菜袁路兜子背大桥引桥第二跨处进行了加固前的密集测点下位移影响面的提取，初步验证了利用计算机视觉在实桥上进行位移影面提取的可能性。　　利用计算机视觉的位移影响面桥梁损伤识别的方法，能够高效、直观的定位损伤，为中小跨径桥梁实现结构健康监测提供一条新的技术路径。
作者：	李欣昱
专业：	土木工程
导师：	唐亮
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023