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基于激光靶标双目成像的桥梁变形参数反演

基于激光靶标双目成像的桥梁变形参数反演

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作者：谢观福中国矿业大学

学位级别：硕士

桥梁作为重要的交通设施,其安全性和可靠性直接关系到人们的出行和生命财产安全。因此,对桥梁的结构状态进行监测和评估显得尤为重要。其中,桥梁挠度是桥梁结构状态的一个重要指标。基于双目视觉激光靶标法的桥梁挠度监测方法可以实现... 详细信息

桥梁作为重要的交通设施,其安全性和可靠性直接关系到人们的出行和生命财产安全。因此,对桥梁的结构状态进行监测和评估显得尤为重要。其中,桥梁挠度是桥梁结构状态的一个重要指标。基于双目视觉激光靶标法的桥梁挠度监测方法可以实现对桥梁结构变形的准确测量,具有重要的实际应用价值和研究意义。该方法利用双目视觉相机和激光靶标技术实现了对桥梁结构变形参数(竖向位移和竖向转角)的快速、准确和非接触式测量,对桥梁的安全性、稳定性等方面的监测具有重要意义。本文的主要研究内容及取得成果如下:(1)研究了基于激光靶标双目视觉成像的光点位移测量原理和设备。介绍了双目视觉成像系统原理、标定方法,并设计出了一套基于双目相机、激光发射器、靶标板的光点位移测量设备。利用这套设备进一步研究了基于双目视觉成像原理的光点位移测量方法,并验证了其精度,可达0.2 mm以内,满足实际需求,为后文中的激光靶标法提供了理论依据与数据支撑。(2)利用主梁测点变形与光点位移间的相关性提出了基于激光靶标法的3种不同数学测量模型(靶标固定法、激光固定法和链式同步法),可通过激光光点位移来反演主梁测点的变形参数(竖向位移与竖向转角)。通过有限元模拟对三种测点位移反演方法进行了验证,其中靶标固定法的模拟计算位移与公式反演计算位移误差在0.01 mm以内,激光固定法的两者误差基本接近于0,链式同步法的误差在0.002 mm以内,证明了这些方法的可行性和准确性。(3)探究了标志点大小与标志点和双目相机间的距离对基于图像处理的位移测量精度影响。开展了基于光点位移双目成像的主梁变形参数反演实验,分别验证了靶标固定法、激光固定法和链式同步法的精度。基于百分表10 mm的量程下,靶标固定法在1/4测点误差绝对值在0.4 mm以内,1/2测点的误差绝对值在0.6 mm以内;激光固定法的精度高一点,1/4测点和1/2测点误差均在0.2 mm以内;链式同步法测得的1/4测点误差在0.3 mm以内,1/2测点的误差在0.4 mm以内。最后,进一步开展了基于靶标固定法的列车荷载下实桥动挠度的测量试验,并与静力水准仪测得的结果进行对比,两种方法测得的桥梁竖向位移平均值均在0.2 mm以内,说明该方法具有高精度和可靠性,可以应用于实际工程中进行桥梁位移监测。该论文有图69幅,表27个,参考文献73篇。

关键词：桥梁变形参数反演光点位移激光靶标双目视觉

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