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基于数字图像技术的桥梁动挠度测量
| 论文题名： | 基于数字图像技术的桥梁动挠度测量 |
| 关键词： | 桥梁工程;位移测量;精度控制;数字图像处理技术 |
| 摘要： | 桥梁健康监测已经成为当前结构工程研究的重要推进力，动态位移测量作为桥梁监测和检测的重要组成部分，是桥梁安全性评价的重要指标。然而，接触式传感器需要临时固定支架来安装仪器或待测目标，传感器尺寸又远小于待测结构尺寸，使得固定平台必须要非常靠近结构物，加上桥梁常常跨越大海或江河，位移测量非常困难。因此，开发一套可以减少安装成本、提高测量数据可靠性并且可以实现远距离非接触测量的位移测量系统十分有必要。本文的主要目的是探讨基于数字图像处理技术的实时桥梁动态位移测量，并进行实验室和实桥应用验证，研究具有重要的理论意义和工程实用价值。 本文通过对不同去噪方法的对比，结合此次研究所采用的光斑图像得出:在目标与背景区分度明显的情况下，采用小波变换去噪能最大程度地保留光斑的边缘信息，从而提高测量精度。此外，本文比较了几种基于阈值的图像分割算法，采用改进最大类间方差的阈值分割，减小了由于光照而使得光斑中心跳变微小量对系统测试精度的影响。 根据光学针孔成像原理，并且考虑轴对称和非轴对称的光学畸变，引入了三次多项式曲面拟合来实现物空间坐标和像素坐标之间的相互转换。通过观测点与相机视轴线的不同角度实验，得出了本系统综合测量精度为0.03mm。要得到多个光斑中心坐标，必须将每个光斑作为一个连通区域标记识别后分割出来，才能依次计算每个光斑中心坐标值。本文采用基于区域的生长算法来获取光斑中心坐标。 在Windows7环境下，采用LabVIEW开发了基于图像处理技术的桥梁动态位移测量系统。为证实该系统测量的可行性与准确性，在实验室进行了精度实验并开展了静载、动载测量以及实桥测试对比实验。实验室精度实验用螺旋测微仪测量结果作对比，而静载、动载测量采用位移计测量结果作对比。实桥测试采用连通管监测测量结果进行了验证。同时，用该系统采集的动位移数据进行了频谱分析，频谱识别的频率结果与其理论结果吻合良好。 理论和试验结果表明，在测量环境不变的前提下，本文开发的基于数字图像技术的桥梁动挠度测量系统的测量结果与其对比方法测量结果基本一致，系统测量精度在毫米级，并且频谱分析所求得的频率结果较为准确，满足桥梁位移测量与基本动态特性分析的需要。 |
| 作者： | 胡梦岚 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 任伟新;殷永高 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 合肥工业大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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