基于视觉和振动监测数据融合的结构动态位移识别及其试验验证

作     者：修晟 张愿 单伽锃 XIU Cheng;ZHANG Yuan;SHAN Jia-zeng

作者机构：同济大学土木工程学院结构防灾减灾工程系上海200092 上海韧性城市与智能防灾工程技术研究中心上海200092 

出 版 物：《工程力学》 (Engineering Mechanics)

年 卷 期：2023年第40卷第11期

页      面：90-98页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 080101[工学-一般力学与力学基础] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51878483,52278312) 上海市青年科技启明星计划项目(20QC1400700)。 

主　　题：结构监测 数据融合 计算机视觉 卡尔曼滤波 比例因子 

摘      要：结构变形的动态测量与精准识别对于结构健康监测和性态评估具有重要意义。传统接触式位移监测需要在结构上布置传感器并设置相对独立稳定的位移参考系,考虑真实结构的复杂性,接触式测量和稳定参考系的做法限制了结构位移动力监测的工程应用。基于计算机视觉的结构位移监测方法具有非接触式测量、设备安装简单、成本相对低廉等优点,但现有的识别与追踪方法受限于光照条件、图像分辨率、拍摄帧率等因素,一定程度上限制了视觉方法的工程应用。针对加速度传感器在结构监测领域的广泛应用及其动态采样率高的优势,该文提出在数据层面融合“接触式加速度监测、非接触式位移识别的概念,构建了结构关键位移响应的精准估计方法。通过一个1/2比例钢筋混凝土框架结构振动台试验,对提出的结构位移估计方法进行了动力试验验证。研究结果表明:对比单一视觉识别方法,该数据融合方法有效提高位移采样率,同时获得更丰富的结构宽频带振动响应与模态特征信息。