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基于无人机和点云滤波的边坡灾害识别方法

公路交通科技 2024年第9期41卷 10-17页

作者：高文宇余加勇王茂枚谢义林湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室湖南大学土木工程学院江苏省水利科学院研究院

为解决传统公路边坡灾害识别方法风险大、成本高以及植被覆盖情况下灾害识别困难的问题,采用无人机倾斜摄影与机器学习技术,构建了一种面向复杂地形环境的点云滤波和灾害识别方法。首先通过无人机倾斜摄影技术获取多角度高清边坡影像,... 详细信息

为解决传统公路边坡灾害识别方法风险大、成本高以及植被覆盖情况下灾害识别困难的问题,采用无人机倾斜摄影与机器学习技术,构建了一种面向复杂地形环境的点云滤波和灾害识别方法。首先通过无人机倾斜摄影技术获取多角度高清边坡影像,重构高精度边坡三维点云模型;接着利用支持向量机（SVM）机器学习算法,训练和建立基于公路边坡表面形态特征的SVM点云分类模型,对边坡地面与植被点云进行识别与分类,获取滤除植被的边坡表面点云数字高程模型（DEM）;最后采用DEM差分算法（DoD）对不同调查时期获取的边坡表面DEM进行地形变化检测,根据三维模型变化检测结果获取边坡灾害具体信息以及变化云图,从而实现公路边坡隆起、塌陷、落石等灾害的自动识别。将该技术应用于长沙市某公路边坡工程灾害调查,成功识别出的边坡隆起区域面积约为621.93 m2,平均隆起高度1.13 m,塌陷区域面积约为460.42 m2,平均塌陷高度0.82 m,边坡灾害区域的总土方量约为1 081.06 m3,构建的植被点云滤波方法准确率优于98.4%。研究结果表明:构建的基于SVM与Do D算法的点云滤波和无人机边坡灾害自动识别方法,具备准确滤除植被、快速识别及量化边坡灾害的能力,且对复杂地形条件下的边坡具有较强适用性。

关键词：智能交通边坡灾害识别无人机倾斜摄影支持向量机变化检测点云滤波

联合GNSS和加速度计的桥梁结构动态监测试验

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中国公路学报 2014年第2期27卷 62-69页

作者：余加勇邵旭东孟晓林李立峰湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 诺丁汉大学地理空间研究所

为了解决桥梁结构振动监测中模态频率监测不完整和不准确的问题,采用全球导航卫星系统(GNSS)接收机和加速度计在英国诺丁汉威尔福德悬索桥进行监测试验,使用监测点装置、精密时间采集器解决监测点多传感器同轴、时间同步问题,同步采集G... 详细信息

为了解决桥梁结构振动监测中模态频率监测不完整和不准确的问题,采用全球导航卫星系统(GNSS)接收机和加速度计在英国诺丁汉威尔福德悬索桥进行监测试验,使用监测点装置、精密时间采集器解决监测点多传感器同轴、时间同步问题,同步采集GNSS实时动态差分(RTK)、网络RTK、后处理模式数据和加速度计数据,设计切比雪夫-自适应滤波方法识别桥梁结构动态位移。分析结果表明:GNSS易识别低值模态频率,加速度计易识别高值模态频率,2种传感器均可识别出重叠频带的模态频率,且结果吻合;2种传感器识别的动态位移吻合,两者差值的标准差和平均偏差均小于1mm;联合监测方法既适用于低频率、大振幅振动的大跨径桥梁监测,也适于高频率、小振幅振动的中小跨径桥梁监测。

关键词：桥梁工程结构健康监测全球导航卫星系统模态频率加速度计

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单机式工业测量系统研究

单机式工业测量系统研究

作者：余加勇中南大学

学位级别：硕士

工业测量是指以电子经纬仪、全站仪、数字摄影机、激光扫描仪等仪器为设备，利用测量的新技术和方法，对工业目标进行精密的坐标测量。经纬仪工业测量系统是由多台电子经纬仪构成的空间角度前方交会测量系统，与其它工业测量系统相比，... 详细信息

工业测量是指以电子经纬仪、全站仪、数字摄影机、激光扫描仪等仪器为设备，利用测量的新技术和方法，对工业目标进行精密的坐标测量。经纬仪工业测量系统是由多台电子经纬仪构成的空间角度前方交会测量系统，与其它工业测量系统相比，其具有精度高、非接触、性能好、操作方便等优点，故其使用较多。国内使用的电子经纬仪测量系统以进口为主，其价格昂贵，为降低系统成本，本文重点研究了如何以一台测角仪器为角度传感器，再配备计算机、标准尺、长盒水准管、观测敦或稳定观测架等辅助设备，组成一套基于测角仪器的单机式的积木型工业测量系统。本文研究的主要内容归纳起来包括：1．总结和分析了工业测量研究的起源和发展、研究现状，提出了电子经纬仪工业测量系统进一步研究的方法和实际应用的意义。2．根据系统配置和定向方法的不同，把经纬仪工业测量系统划分为3类：单机式、双机式和多机式。对各个系统的模型进行了研究，重点探讨了单机式系统的组建原理。3．研究了经纬仪工业测量系统测量数据的处理方法。主要研究了测站点的定向和坐标解算方法及待测点坐标计算方法，对测站点的定向和坐标解算的两种方法-三维网平差法和光束平差法进行了详细的推导和分析;对待测点的三维坐标数据计算的方法-条件平差法和间接平差法进行了推导和比较。4．对单机式经纬仪工业测量系统的标定方法和坐标测量方法进行了重点的分析，并对其定向和坐标测量精度进行了详细的推导，对不同情况下的目标点精度进行了精确的计算和分析，确定了系统的最佳配置。5．对准二维控制场和三维控制场进行了详细的设计，探讨了如何利用经纬仪工业测量系统对控制场进行测量，以及如何依据对测站点和目标点的测量精度的分析结果，来确定测站点的最佳设计位置。并在此基础上研究了如何利用准二维控制场建立数字照相机的数字畸变模型的方法。

关键词：单机式工业测量电子经纬仪光束平差法准二维控制场数字畸变模型

基于全球导航卫星系统的桥梁健康监测方法研究进展

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中国公路学报 2016年第4期29卷 30-41页

作者：余加勇邵旭东晏班夫朱平湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室湖南长沙410082 诺丁汉大学地理空间研究所

为了促进全球导航卫星系统(GNSS)桥梁健康监测方法的发展,详细综述了GNSS监测方法在各国桥梁健康监测领域的学术研究现状、热点方向、发展机遇及挑战。首先分别从初期监测试验、桥梁荷载试验和桥梁健康监测系统等方面对GNSS监测技术的... 详细信息

为了促进全球导航卫星系统(GNSS)桥梁健康监测方法的发展,详细综述了GNSS监测方法在各国桥梁健康监测领域的学术研究现状、热点方向、发展机遇及挑战。首先分别从初期监测试验、桥梁荷载试验和桥梁健康监测系统等方面对GNSS监测技术的试验研究进行了系统梳理;接着分别从多传感器监测技术、伪卫星增强技术、一机多天线技术、单频接收机监测技术等方面对GNSS信号采集方法进行了分析;然后从实时动态差分(RTK)技术、网络RTK(NRTK)技术、精密单点定位技术、信号降噪方法等方面对GNSS信号处理方法进行综合阐述;最后指出GNSS监测技术发展机遇以及面临的关键问题。综合分析表明:GNSS监测技术能实现高精度、全自动、全天候、三维的桥梁动态变形监测,有望成为一种理想的桥梁健康监测方法。

关键词：桥梁工程结构健康监测综述 GNSS GPS 北斗导航卫星系统

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中低设防烈度地区全无缝桥梁抗震性能分析

湖南大学学报（自然科学版） 2013年第5期40卷 11-17页

作者：马永春邵旭东余加勇湖南大学土木工程学院湖南长沙410082

为了准确地模拟接线路面特性,对其荷载-变形和损伤进行了分析,提出了接线路面板集中弹簧简化模型.基于此,采用SAP2000建立了某座全无缝桥梁动力计算模型.对该桥进行了模态分析和地震时程分析,并与对应连续梁桥进行了对比分析;同时还进... 详细信息

为了准确地模拟接线路面特性,对其荷载-变形和损伤进行了分析,提出了接线路面板集中弹簧简化模型.基于此,采用SAP2000建立了某座全无缝桥梁动力计算模型.对该桥进行了模态分析和地震时程分析,并与对应连续梁桥进行了对比分析;同时还进行了桥长和接线路面刚度敏感性分析.研究结果表明:中低设防烈度地区,全无缝桥梁的地震响应只有连续梁桥的24%～35%,主桥处于弹性无损状态.可见,全无缝桥梁能大幅提升中低烈度地区公路中小桥梁的抗震性能.

关键词：地震响应半整体式全无缝桥梁接线路面地震设防烈度时程分析

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利用MapObjects的空间分析功能判断空间线面拓扑关系

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测绘科学 2009年第1期34卷 83-84页

作者：赵伟邹峥嵘余加勇中南大学测绘与国土信息工程系长沙410083 湖南大学土木工程学院长沙410082

MapObjects是广泛应用于GIS软件开发的组件,但它不能够独立支持空间拓扑关系,从而限制了它在空间分析方面的应用。为拓展MapObjects的空间分析功能,本文利用它提供的对图形对象的操作方法,实现了对九交模型中的空间线面拓扑关系的判断,... 详细信息

MapObjects是广泛应用于GIS软件开发的组件,但它不能够独立支持空间拓扑关系,从而限制了它在空间分析方面的应用。为拓展MapObjects的空间分析功能,本文利用它提供的对图形对象的操作方法,实现了对九交模型中的空间线面拓扑关系的判断,且结果表明本文的实现方法正确可靠,具有一定的实用价值。

关键词：空间拓扑关系九交模型 MapObjects

桥梁动态称重技术在中小跨径混凝土梁桥上的适用性研究

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湖南大学学报（自然科学版） 2020年第3期47卷 89-96页

作者：邓露李树征淡丹辉赵华余加勇晏班夫湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 同济大学桥梁工程系上海200092

为准确了解桥梁动态称重(BWIM)技术在不同类型桥梁上的适用性,从而为BWIM技术选型提供理论依据,针对我国应用范围最广的中小跨径混凝土梁桥开展了BWIM系统测试精度和稳定性的研究.首先基于公路桥梁通用图集建立了典型截面和跨度的梁桥模... 详细信息

为准确了解桥梁动态称重(BWIM)技术在不同类型桥梁上的适用性,从而为BWIM技术选型提供理论依据,针对我国应用范围最广的中小跨径混凝土梁桥开展了BWIM系统测试精度和稳定性的研究.首先基于公路桥梁通用图集建立了典型截面和跨度的梁桥模型,利用数值仿真方法获得了不同加载工况下车辆和桥梁的动态响应;然后利用经典BWIM方法计算了车辆总重和轴重及其识别误差;最后利用参数分析方法研究了桥梁跨径、截面类型、车辆类型、传感器测点位置、路面平整度、测量噪声、行驶速度等重要因素对识别效果的影响.研究发现:在不同跨径和截面类型的桥梁及各种复杂工况下,利用BWIM技术均可以获得理想的总重识别效果;而在轴重识别方面,桥梁跨径越小,识别效果越佳;另外,空心板桥具有更好的识别精度,T梁桥次之,小箱梁桥最次;路面平整度的劣化和输入信号噪声可能对BWIM系统的轴重识别效果产生不利的影响,实际应用中维护路面平整和控制输入噪声对于获得可靠的车辆称重结果具有重要的意义.

关键词：动态称重荷载识别识别误差车桥耦合振动

积木式工业测量系统在桥梁模型试验中的应用研究

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武汉大学学报（信息科学版） 2008年第1期33卷 32-35页

作者：余加勇邹峥嵘朱建军张坤湖南大学土木工程学院长沙市410082 中南大学测绘与国土信息工程系长沙市410083

提出了一种以电子经纬仪为角度传感器的积木式工业测量系统方法,推导了系统的测量精度,并将其应用于竖琴式斜拉桥模型试验变形测量中。研究结果表明,在6 m×5 m×4 m的空间区域内,此系统测量精度均优于±0.2 mm,与百分表测试值对比,其... 详细信息

提出了一种以电子经纬仪为角度传感器的积木式工业测量系统方法,推导了系统的测量精度,并将其应用于竖琴式斜拉桥模型试验变形测量中。研究结果表明,在6 m×5 m×4 m的空间区域内,此系统测量精度均优于±0.2 mm,与百分表测试值对比,其差值小于20%。

关键词：工业测量系统模型试验变形测量

基于YOLOv5和U-Net3+的桥梁裂缝智能识别与测量

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湖南大学学报（自然科学版） 2023年第5期50卷 65-73页

作者：余加勇刘宝麟尹东高文宇谢义林湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室湖南长沙410082 湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 江苏省水利科学研究院江苏南京210017

为了克服传统数字图像处理方法进行桥梁裂缝识别时面临的效率低、效果不佳等问题,提出了集成深度学习YOLOv5和U-Net3+算法的一体化桥梁裂缝智能检测方法.通过调整算法宽度和深度参数,优化边界框损失函数,构建基于YOLOv5目标检测算法的... 详细信息

为了克服传统数字图像处理方法进行桥梁裂缝识别时面临的效率低、效果不佳等问题,提出了集成深度学习YOLOv5和U-Net3+算法的一体化桥梁裂缝智能检测方法.通过调整算法宽度和深度参数,优化边界框损失函数,构建基于YOLOv5目标检测算法的裂缝识别定位模型,实现桥梁裂缝快速识别与定位;引入结合深度监督策略及预测输出模块的U-Net3+图像分割算法,训练并构建桥梁裂缝高效分割模型,实现像素级裂缝智能化提取;建立结合连通域去噪、边缘检测、形态学处理的八方向裂缝宽度测量法,基于U-Net3+裂缝分割结果实现裂缝形态及宽度高精度测量;利用LabelImg图像标注软件制作包含4414张图像的裂缝识别定位模型训练数据集;利用LabelImg图像标注软件及CFD数据集制作包含908张图像的裂缝分割模型训练数据集;利用无人机航拍的485张5280×2970 pixels桥梁索塔裂缝图像,来制作裂缝智能检测模型的测试对象.将所提出的裂缝检测方法应用于上述裂缝测试对象,其裂缝识别定位准确率91.55%、召回率95.15%、F1分数93.32%,裂缝分割准确率93.02%、召回率92.22%、F1分数92.22%.结果表明,基于YOLOv5与U-Net3+的桥梁裂缝智能检测方法,可实现桥梁裂缝高效率、高精度、智能化检测,具有较强的研究价值和广泛的应用前景.

关键词：桥梁工程裂缝检测裂缝测量 YOLOv5 U-Net3+ 无人机