[发明专利]一种基于监控视频的桥梁结构模态分析方法

说明书

一种基于视频监控的桥梁结构模态分析方法，利用多个连续的摄像头实现对桥梁结构的高精度监测。首先，在各个摄像头的视角内选择若干区域，计算这些区域图像与实际的转换关系；其次，将摄像头拍摄图像的图上位移转化为其实际的位移，得到目标相对于摄像头的位移；从桥台地面开始，将相邻摄像头的位移依次差值传递，得到所有摄像头本体的位移；最后，计算所有目标相对于桥台地面的位移，并计算桥梁结构的模态。本发明能够利用现有摄像头，不需要安装新的监测设备，应用范围广，监测准确率不受温度、湿度、酸碱性等环境因素影响。

技术领域

本发明涉及到一种桥梁结构模态分析方法。

背景技术

桥梁结构，特别是大跨桥梁，由于持续和短暂负荷的影响，包括自重、预应力、交通、温度变化和损伤引起的应力重分布等，会使得结构经历长期的挠度变化。部分桥梁由于设计理论不完善，建造期间材料的限制，施工质量缺陷以及超载突发灾害等影响，在运营过程中存在较大的安全隐患。桥梁材料疲劳老化，桥梁垮塌事故不断涌现，造成了大量经济损失和人员伤亡，因此桥梁安全运营和健康监测越来越受到重视。

在桥梁监测中，结构模态是一项重要的安全指标，表征结构刚度的变化，可广泛应用于结构健康监测，可以由振动分析得到。现有的桥梁结构振动测量方法有如下几种：

使用接触式传感器进行监测，通常需要在结构上粘贴或者嵌入光纤光栅等位移传感器或压电式、电容式等加速度传感器，从而将位移量或者加速度值转换为电量，实现对结构振动的监测。在实际工程应用中，接触式传感器有着非常重要的作用，该方法精度较高，但是安装、维修困难，同时会对原有结构造成损害，存在较大的局限性；

通过移动车辆来识别桥梁模态的方法，在试验前需要封道处理，排除其他车辆的干扰。试验过程中，驾驶安装有加速度传感器的检测车通过目标桥梁，记录车辆在桥面上行驶过程中的振动数据。该方法通常用于桥梁结构的检测，由于检测频率较低，难以应用于结构的长期监测中。此外，检测时封道处理会影响车辆通行，在交通繁忙的路段难以实施。

计算机视觉方法作为一种新型的位移测量方法，可以有效避免上述接触式和非接触式位移测量方法的弊端，其远距离、非接触、低成本、高精度、抗电磁干扰的优点已经得到了广大土木工程研究人员的关注和认可。

以往的计算机视觉方法为了实现对桥梁全桥结构的监测，通常在远离桥梁的地点安置摄像头，测量的精度难以保证；而在桥上调用监控摄像头则存在两个问题：监控摄像头难以实现对桥梁的覆盖；同时位于近处的监控摄像头拍摄的图片存在较大的畸变，影响对桥梁位移的识别。

发明内容

基于上述分析，本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种基于监控视频的桥梁结构模态分析方法。

本发明提出的基于监控视频的桥梁结构模态分析方法，该方法利用多个连续的摄像头实现对桥梁结构位移的高精度监测。首先，在各个摄像头的视角内选择若干区域，计算这些区域图像与实际位移的转换关系；其次，将摄像头拍摄图像的图上位移转化为其实际位移，得到目标相对于摄像头的位移；从桥台地面开始，将相邻摄像头的位移依次差值传递，得到所有摄像头本体的位移；最后，计算所有目标相对于桥台地面的位移，并计算桥梁结构的模态。

本发明的一种基于监控视频的桥梁结构模态分析方法，包括如下步骤：

A.安装摄像头，标定监测点、参照点；

A1.在待测桥梁上，安装若干摄像机，并保证相邻摄像机在其监控区域内；

A2.考察待测桥梁，综合考虑路面、栏杆、监控摄像机的位置和监控区域，根据需要选择监测点和参照点，选点时保证所有点位和监控摄像机之间没有任何障碍物遮挡，并选取至少四个参照点；

A3.对监测点和参照点进行标记，标记后点应与周围背景在存在较大差别，使其易于计算机识别；

A4.在桥梁路面上设立坐标系，测量参照点的空间坐标；