基于机器视觉的公路桥梁变形测量及安全预警

作     者：苏子玥 杜文康 雷冬 SU Ziyue;DU Wenkang;LEI Dong

作者机构：河海大学力学与材料学院江苏南京211100 河海大学苏州研究院江苏苏州215100 

出 版 物：《中外公路》 (Journal of China & Foreign Highway)

年 卷 期：2024年第44卷第5期

页      面：248-258页

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(编号:12172120) 江苏省研究生科研创新计划项目(编号:KYCX23_0660) 苏州市科技发展计划项目(编号:SYC2022080) 

主　　题：公路桥梁 机器视觉 结构动态位移 有限元分析 安全分析 

摘      要：公路桥梁结构安全对交通安全运营和区域经济发展起到关键作用,但由于交通荷载的快速增加和复杂变化,桥梁结构变形及安全状况实时监测的需求日益凸显。然而,以接触式传感器为主的结构健康监测系统存在安装施工难、维护更换繁、需要中断交通等局限。为此,该文提出了一种基于机器视觉的非接触式变形测量系统,利用模板匹配和特征点识别方法,实现结构表面标记的识别和关键位置的位移提取,并通过实验室和现场试验对视觉方法的准确性和稳定性开展测试。此外,针对实际桥梁结构运营状况建立相匹配的有限元分析模型,通过动静力学试验设定多级预警阈值,进一步判定结构的安全状况。试验结果表明:①所建立的视觉变形测量系统位移测量误差在5%以内,振动频率误差在1%以内;②基于模板匹配和特征点识别的测量技术能够对结构自有特征进行识别,满足长期性变形监测的需求;③通过多工况下有限元分析,可以为结构长期位移监测设置预警阈值。