一种基于手机视频的桥梁结构振型测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单个手机摄影的桥梁结构振型测量方法，包括：通过手机摄像头录制桥梁视频，获得视频样本；在视频样本中选择颜色差异大的桥梁振动轮廓线作为桥梁振型的识别对象；识别视频样本的上轮廓线和下轮廓线，通过上轮廓线和下轮廓线获得视频样本的静平衡曲线；通过上轮廓线和静平衡曲线获得视频样本的原始振型样本；通过原始振型样本获得桥梁振型。使用一台手机摄像就能完成桥梁结构的振型测量，直接利用被测结构表面的结构特征，如目标表面的纹理、图案背景等作为测量区域，使实验操作简单方便，对视频质量要求较低，成本低廉，便于推广，视频获取来源广泛和无需专业培训等优点。业培训等优点。业培训等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于手机视频的桥梁结构振型测量方法


[0001]本专利技术属于桥梁结构健康监测领域，特别涉及一种基于手机视频的桥梁结构振型测量方法。

技术介绍

[0002]桥梁结构振动信息的测量是桥梁结构健康监测必不可少的内容。结构的振动信息反映了桥梁的整体安全性能，是桥梁结构损伤识别和安全状态评估的重要数据来源。结构的振动信息包含有自振频率、振型、阻尼系数等关键参数。目前已有较为成熟的自振频率和阻尼系数的测量方法，但自振频率和阻尼系数对于结构损伤识别和安全状态评估的效果不好。
[0003]桥梁结构振型的测量方法可分为接触类测量方法和非接触类测量方法两类。接触类测量方法主要采用加速度计、倾角计、位移计、GPS和差压变送器等类型的传感器进行测量。接触类测量方法具有测量数据精度相对较高的优点。但这种有方法有以下不足之处：(1)测点数量极为有限，无法得到高阶振型。(2)需要外接电源和数据采集传输设备。(3)传感器及其采集仪的设备成本高昂，且安装难度较大。(4)各测点数据的同步性不高。
[0004]非接触类测量方法主要有激光扫描类方法和基于机器视觉的方法等。其中激光扫描类方法成本高昂、激光阵列的同步性不强，受天气影响较大，且一般情况下需要双目测量。现有的基于机器视觉的测量方法为了得到预设测点的振动时程曲线，就必须获取高清的视频图像，此时就必须采用工业高速相机。但这种相机成本过高，多操作人员有一定的要求，且图像数据的处理需要较高配置的计算机配合才能完成。

技术实现思路

[0005]本专利技术属于非接触类的基于机器视觉的振型测量方法。本专利技术针对传统桥梁振型测量方法的不足，提出了一种基于单个手机摄影的桥梁结构振型测量方法。测量方法采用一种基于手机摄影的机器视觉动态追踪方法。
[0006]本专利技术至少通过以下技术方案之一实现专利技术目的。
[0007]一种基于单个手机摄影的桥梁结构振型测量方法，包括：
[0008]通过手机摄像头录制桥梁视频，获得视频样本；
[0009]在视频样本中选择颜色差异大的桥梁振动轮廓线作为桥梁振型的识别对象；
[0010]识别视频样本的上轮廓线和下轮廓线，通过上轮廓线和下轮廓线获得视频样本的静平衡曲线；
[0011]通过上轮廓线和静平衡曲线获得视频样本的原始振型样本；
[0012]通过原始振型样本获得桥梁振型。
[0013]进一步地，采用常规手机镜头进行视频录制。本专利技术需要获取的是桥梁的轮廓，而不是准确的结构位移，对图像精度要求不高，常规的手机摄像头即能满足要求，而无需专业相机或工业级摄像头，不仅能够有效降低成本，且使用方便。
[0014]进一步地，所述获得视频样本，具体为：获取可识别桥梁结构振动轮廓的视频作为视频样本。
[0015]进一步地，采用单个手机进行视频录制。
[0016]进一步地，测量过程中采用环境激励，所述环境包括但不限于车辆荷载或风荷载。
[0017]进一步地，通过视频图像轮廓识别技术识别视频样本的上轮廓线和下轮廓线。
[0018]进一步地，所述识别视频样本的上轮廓线和下轮廓线，通过上轮廓线和下轮廓线获得视频样本的静平衡曲线，具体为：
[0019]分别识别出各个桥梁振动轮廓线的上轮廓线f
上i
(x)和下轮廓线f
下i
(x)，即振幅最大的位置；
[0020]对视频样本的上轮廓线和下轮廓线根据以下公式进行计算，得到该视频样本中的桥梁结构的静平衡曲线f
平衡i
(x)；
[0021]f
平衡i
(x)＝[f
上i
(x)+f
下i
(x)]/2
[0022]进一步地，所述通过上轮廓线和静平衡曲线获得视频样本的原始振型样本，具体为：通过视频样本的上轮廓线f
上i
(x)和静平衡曲线f
平衡i
(x)的差值获得所述原始振型样本f
i
(x)，公式如下：
[0023]f
i
(x)＝f
上i
(x)-f
平衡i
(x)
[0024]进一步地，所述通过手机摄像头录制桥梁视频，获得视频样本中，获取n个视频样本，所述视频样本的取值范围为10≤n≤20。
[0025]进一步地，所述通过原始振型样本获得桥梁振型，具体为：
[0026]对第i个原始振型样本f
i
(x)进行归一化操作，得到可用于算数平均的振型样本具体公式为其中max(f
i
(x))为原始振型样本f
i
(x)的最大观测值；
[0027]对样本进行算数平均运算得到最终的桥梁振型f(x)。
[0028]与现有技术相比，本专利技术能够实现的有益效果如下：
[0029](1)解决了传统桥梁动力特性识别方法中需要人为对桥梁施加激励的弊端，本专利技术的结构振型测量采用车辆荷载、风荷载等环境激励，无需额外激励源，无需在测量过程中对桥上交通进行管制处理，不会对桥梁产生不利影响。
[0030](2)实现使用一台手机摄像就能完成桥梁结构的振型测量，避免了传统测量方法测点有限而无法得到高阶振型的问题。
[0031](3)解决了传统桥梁结构振动测试方法中因为加速度传感器等与被测结构直接连接现场布线、二次积分、远距离传输、电磁干扰等带来的测试误差问题，本专利技术将手机相机作为测量装置，实现桥梁结构进行远距离非接触式动态位移监测。
[0032](4)传统的测量方法首先通过准确测量桥梁结构上指定的标定点的位移，然后将一系列标定点的位移连接成结构的振型曲线。故由于天气条件变化，会导致标志点模糊或者识别分辨率降低。常规方法的光线敏感性极强，甚至需要额外的补光才能完成测量，稍有干扰都会影响到测量结果。本申请采用的是识别结构振动轮廓的方式，无需指定标志点，也无需识别标志点的位移，故而对天气因素影响不敏感。本申请识别的是结构的振动轮廓，即使图像中出现重影、或者桥梁结构部分被遮挡，都可以根据观测到的信息识别出桥梁结构
的轮廓。解决了由于天气原因带来造成的测量失准问题，比如大雾、下雨或者其他光线变化会造成相机无法有效可靠地对目标点进行识别的问题。
[0033](5)解决了传统视觉类振型测量方法必须通过坐标变换得到真实世界坐标系下结构真实振型，才能进行损伤识别和安全状态评估的问题。本专利技术方法无需对测量结果进行坐标变换，仅需要在手机相机位置基本不变的情况下，直接分析桥梁损伤前后的振型测量结果，即可得到损伤位置、损伤程度等关键信息。
[0034](6)解决了传统基于机器视觉技术的测试方法中需要在被测结构上布置额外特征点的问题，本专利技术直接利用被测结构表面的结构特征，如目标表面的纹理、图案背景等作为测量区域，使实验操作简单方便，对视频质量要求较低。
[0035](7)避免了高速相机、加速度传感器、GPS等设备的成本高昂的问题，本专利技术完全能够实现低成本测量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单个手机摄影的桥梁结构振型测量方法，其特征在于，包括：通过手机摄像头录制桥梁视频，获得视频样本；在视频样本中选择颜色差异大的桥梁振动轮廓线作为桥梁振型的识别对象；识别视频样本的上轮廓线和下轮廓线，通过上轮廓线和下轮廓线获得视频样本的静平衡曲线；通过上轮廓线和静平衡曲线获得视频样本的原始振型样本；通过原始振型样本获得桥梁振型。2.根据权利要求1所述的一种基于单个手机摄影的桥梁结构振型测量方法，其特征在于：采用常规手机镜头进行视频录制。3.根据权利要求1所述的一种基于单个手机摄影的桥梁结构振型测量方法，其特征在于，所述获得视频样本，具体为：获取可识别桥梁结构振动轮廓的视频作为视频样本。4.根据权利要求1所述的一种基于单个手机摄影的桥梁结构振型测量方法，其特征在于：采用单个手机进行视频录制。5.根据权利要求1所述的一种基于单个手机摄影的桥梁结构振型测量方法，其特征在于：测量过程中采用环境激励，所述环境激励包括但不限于车辆荷载或风荷载。6.根据权利要求1所述的一种基于单个手机摄影的桥梁结构振型测量方法，其特征在于：通过视频图像轮廓识别技术识别视频样本的上轮廓线和下轮廓线。7.根据权利要求1所述的一种基于单个手机摄影的桥梁结构振型测量方法，其特征在于，所述识别视频样本的上轮廓线和下轮廓线，通过上轮廓线和下轮廓线获得视频样本的静平衡曲线，具体为：分别识别出各个桥梁振动轮廓线的上轮廓线f
上i
(x)和下轮廓线f
下i
(x)，即振幅最大的位置；对视频样本的上轮廓线和下轮廓线根据以下公式...

【专利技术属性】
技术研发人员：范学明，陈春华，徐郁峰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：