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桥梁拉索索力识别与护套缺陷检测技术研究

桥梁拉索索力识别与护套缺陷检测技术研究

作者：刘文中南林业科技大学

学位级别：硕士

拉索是现代大跨结构桥梁的重要组成部件,掌握其运营状态对保证桥梁使用安全至关重要。桥梁拉索主要由索体和外层PE防护套组成,本文围绕桥梁拉索索力识别和护套表面缺陷检测两方面展开,研究了基于频谱分析的索力识别方法和基于深度学习... 详细信息

拉索是现代大跨结构桥梁的重要组成部件,掌握其运营状态对保证桥梁使用安全至关重要。桥梁拉索主要由索体和外层PE防护套组成,本文围绕桥梁拉索索力识别和护套表面缺陷检测两方面展开,研究了基于频谱分析的索力识别方法和基于深度学习的拉索护套表面缺陷检测方法,为实现桥梁拉索健康状态评估信息化、智能化提供一定的技术支持。主要研究内容如下:(1)研究了桥梁拉索振动位移信号中多分量时变模态参数识别困难问题,提出一种基于变分模态分解(VMD)、小波分析和等值线法相结合的结构瞬时频率识别新方法。首先,通过连续小波变换确定模态分量个数,利用VMD分解多分量信号得到各模态分量;然后,经过小波分析和等值线法识别各分量信号的瞬时频率;最后,根据“索力-频率”公式换算出瞬时索力。引入小波指数函数阈值去噪方法,降低噪声干扰。通过拆分信号、逐时段分析的方法,既可以确定更合适的去噪阀值,又能解决等幅值面支撑长度有限问题。设计了数值算例和刚度时变拉索试验进行验证,结果表明,本文提出的时频分析方法能够准确、有效地识别出时变结构的瞬时频率,且具有较强的抗噪性。基于Matlab提供的可视化界面开发平台,设计了索力识别分析系统GUI交互界面。将程序模块化、可视化,降低了用户使用门槛。(2)分析了桥梁拉索护套表面图像质量和缺陷特征,根据缺陷对护套损伤程度不同将缺陷划分为轻度损伤型、中度损伤型和严重损伤型三类。针对图像光照不均匀问题,采用MSR算法增强图像。为缓解带缺陷图像的小样本问题,利用数据增广技术扩充数据集样本量。选择适用于小样本数据集的语义分割网络U-Net分割护套表面缺陷,并改进网络,采用VGG16网络骨架替换编码器,在池化层之前添加CBAM模块提升模型的小目标分割精度。使用带权重的Focal loss+Dice loss损失函数克服样本间不平衡问题。在实验室计算机上训练和测试模型,实验表明,改进后的U-Net模型分割性能大幅提升,达到了 85.36%的mloU、93.35%的mPA和99.0%的Acc,在视频检测中,FPS在6.3左右。经过以上研究,基本完成了动位移雷达传感器动态测量时变索力任务。改进并训练U-Net网络得到了有效的拉索护套表面缺陷视频检测模型,有望实现爬索机器人自动检测功能。本文对建立桥梁智能监测BIM系统具有较大的实用价值。

关键词：桥梁拉索索力监测表面缺陷小波脊带深度学习 U-Net改进

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桥梁拉索断丝的声发射信号预处理研究

桥梁拉索断丝的声发射信号预处理研究

作者：赵振山东大学

学位级别：硕士

在现代交通体系中,桥梁尤其是大型斜拉桥梁是我国交通运输业的重要一环,桥梁拉索作为斜拉桥的重要受力原件之一,其健康状态关系着桥梁的使用寿命。为了确保桥梁正常运转,避免桥梁突发性灾害,对人们的安全和财产造成损失,进行桥梁拉索的... 详细信息

在现代交通体系中,桥梁尤其是大型斜拉桥梁是我国交通运输业的重要一环,桥梁拉索作为斜拉桥的重要受力原件之一,其健康状态关系着桥梁的使用寿命。为了确保桥梁正常运转,避免桥梁突发性灾害,对人们的安全和财产造成损失,进行桥梁拉索的长期健康监测尤为重要。声发射技术作为一种无损的实时动态监测方法,可以通过对采集到声发射信号的特征对桥梁拉索声发射源进行状态判断,从而监测桥梁拉索状态和桥梁安全。然而,在声发射采集过程中易受到环境噪声的干扰,因此,准确分析环境噪声特征可以减少后期的声发射信号分析与识别过程的工作量,并提高识别效率与准确率。本文针对桥梁拉索断丝声发射信号状态判断前的预处理工作进行分析研究,主要包括以下两个方面的内容:(1)针对声发射信号的特点提出了声发射信号截取算法。由于声发射高速采集卡采集的是连续的声发射信号,而利用声发射技术监测桥梁拉索要求对每个单个的声发射信号进行特征提取与分析,因此需要在连续的波形中实现对单个声发射信号的截取,为实现这一过程,本文提出了信号截取算法。该算法通过设置特定参数,将信号截取为三个状态,并通过对连续波形的判断,成功实现声发射信号的截取,是声发射信号预处理过程中的重要研究内容。(2)桥梁拉索声发射信号采集实验与噪声信号分析。在烟台养马岛大桥、济南黄河大桥和深圳彩虹桥正常工况下开展了桥梁拉索声发射信号采集实验,对采集连续波形截取出需要分析的噪声信号。本文对桥梁拉索处环境噪声信号进行了综合分析,包络时域的统计分析和特征参数关联分析、频域的频谱分析、频域特征参数的关联分析和时频域的小波分析。通过以上综合分析,并对三座桥梁采集到的几千个噪声信号特征进行总结,发现其特征参数存在一定规律,根据其表征出的规律使用参数阈值对噪声信号进行阈值鉴波,可以鉴别采集到的噪声信号。对噪声信号的分析与特征汇总,准确的对噪声信号进行滤波,可以在后期声发射信号分析中缩小目标分析范围,减少工作量与信号存储空间,提高使用声发射技术检测桥梁拉健康的效率,是声发射信号预处理的关键部分。

关键词：桥梁拉索声发射信号预处理信号截取特征提取噪声信号综合分析

基于亚像素角点检测技术的桥梁拉索索力监测研究

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公路交通科技 2023年第3期40卷 69-75页

作者：左文生张权刘畅王兵见杜进生镇江市港航事业发展中心江苏镇江212000 北京交通大学北京100044 交通运输部公路科学研究院北京100088

针对桥梁拉索索力监测过程中存在的传感器布设及维护困难问题,根据拉索振动状态与形状特征,对比分析了不同类型的图像特征提取与目标追踪原理。选定亚像素角点检测法作为获取拉索索力信息的方式,提出了一套基于视频图像技术的索力监测方... 详细信息

针对桥梁拉索索力监测过程中存在的传感器布设及维护困难问题,根据拉索振动状态与形状特征,对比分析了不同类型的图像特征提取与目标追踪原理。选定亚像素角点检测法作为获取拉索索力信息的方式,提出了一套基于视频图像技术的索力监测方案:在拉索中间部位安置带有角点特征的标识板,采用视频拍摄设备录制了拉索振动视频并将其分解为逐帧图像,经降噪、畸变修复及裁剪后,对角点部位进行了亚像素级别的检测与定位,最终由分析处理得到了拉索振动基频计算索力值大小。通过室内试验的方式验证了该方案的可行性与准确性,试验结果表明:在所设工况下,采用亚像素角点检测技术测得的拉索振动基频与DASP系统测得的结果偏差在1%以内,该技术的应用具有较高的精度;提高视频拍摄的帧率可捕获更多时间节点的拉索振动信息,使得两种方式所得基频差值进一步缩小。将亚像素角点检测技术获得的基频值分别代入3类索力计算公式。与实际张拉力比较的结果表明:当张拉力较小时,考虑拉索抗弯刚度与垂度影响的Zui理论公式计算结果同实际值偏差最小;随着张拉力的提升,各理论计算值同实际值偏差逐渐缩小,故该方案可应用于桥梁拉索索力的监测。在实际工程中,采用工业相机结合长焦镜头可满足远距离监测需求。

关键词：桥梁工程拉索索力亚像素角点检测算法桥梁拉索图像识别

基于微波干涉雷达的桥梁拉索基频快速识别方法研究及应用

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世界桥梁 2023年第6期51卷 91-97页

作者：李力李兴华谈遂桥梁智能与绿色建造全国重点实验室湖北武汉430034 中铁大桥科学研究院有限公司湖北武汉430034 中铁大桥局集团有限公司湖北武汉430050 高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075

针对微波干涉雷达现场识别桥梁拉索基频过程中存在操作繁琐、人机交互能力差等问题,基于微波干涉雷达测量拉索基频的原理,提出了一种可快速提取拉索位置参数的方法,运用指数平滑法、峰值检测法和自相关算法对雷达散射波形数据进行分析,... 详细信息

针对微波干涉雷达现场识别桥梁拉索基频过程中存在操作繁琐、人机交互能力差等问题,基于微波干涉雷达测量拉索基频的原理,提出了一种可快速提取拉索位置参数的方法,运用指数平滑法、峰值检测法和自相关算法对雷达散射波形数据进行分析,自动提取拉索位置参数进行拉索基频的快速识别。采用该方法对2座大型斜拉桥斜拉索频率进行识别,并与采用加速度传感器法的拉索频率结果进行对比,结果表明:采用微波干涉雷达识别的拉索频率与加速度传感器法的实测频率相对偏差率在±1.5%以内,验证了该方法的可靠性;基于微波干涉雷达的桥梁拉索基频快速识别方法省时省力,可一次性快速获取多根拉索的位置参数并进行基频识别,自动化程度高。

关键词：桥梁拉索基频微波干涉雷达拉索位置参数快速识别频率测试工程应用

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桥梁拉索表面缺陷无损检测系统设计

重庆大学学报（自然科学版） 2010年第8期33卷 7-11页

作者：郭永彩李哲高潮重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室重庆400044

针对国内外对桥梁拉索表面缺陷检测方法的不足,提出了以高速数字信号处理器芯片DM642为核心的桥梁拉索表面缺陷无损检测系统设计方法,并搭建了检测系统硬件平台。检测系统主要包括缺陷图像高速数据采集单元、DM642硬件平台、爬行移动机... 详细信息

针对国内外对桥梁拉索表面缺陷检测方法的不足,提出了以高速数字信号处理器芯片DM642为核心的桥梁拉索表面缺陷无损检测系统设计方法,并搭建了检测系统硬件平台。检测系统主要包括缺陷图像高速数据采集单元、DM642硬件平台、爬行移动机构和缺陷定位装置。结合数字图像处理算法,在实验平台上对系统设计进行了现场实验验证,大量试验证明该系统具有工作稳定可靠、实时性好、海量存储和无损检测等优点。设计的检测系统技术先进,对目前的桥梁拉索健康检测具有重要的现实意义和实用价值,而且该方法具有较好的通用性,可以推广应用到其它相关的检测领域。

关键词：数字信号处理器桥梁拉索无损检测

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桥梁拉索防火隔热系统的试验研究及应用

北方交通 2022年第4期 25-29页

作者：庞锐剑雷欢韦耀淋覃磊朱永权石伟柳州欧维姆机械股份有限公司柳州市545006

拉索作为缆索类桥梁的关键受力构件,在无防护条件下,一旦发生火灾事故将给桥梁带来严重的安全隐患。研究桥梁拉索的火灾防护系统具有重要意义。依托埃及Rod EI Farag桥工程,对拉索防火隔热系统进行试验研究,试验结果满足拉索外部在1100... 详细信息

拉索作为缆索类桥梁的关键受力构件,在无防护条件下,一旦发生火灾事故将给桥梁带来严重的安全隐患。研究桥梁拉索的火灾防护系统具有重要意义。依托埃及Rod EI Farag桥工程,对拉索防火隔热系统进行试验研究,试验结果满足拉索外部在1100℃环境下,持续90min(国际PTI规范要求30min)时间内,拉索钢绞线表面的温度不超过300℃的要求,并对防火隔热系统进行安装工艺可靠性试验研究。研究的防火隔热系统满足埃及Rod EI Farag桥工程要求,并已成功应用于该工程中。

关键词：缆索类桥梁桥梁拉索防火隔热系统钢绞线表面温度

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基于LSTM的桥梁拉索断丝信号识别

基于LSTM的桥梁拉索断丝信号识别

作者：丁鹤鸣山东大学

学位级别：硕士

随着中国桥梁建设的蓬勃发展,桥梁运维始终是关系国计民生的重大问题。受到桥梁长期服役和自然因素的影响,拉索作为斜拉桥等大型桥梁的受力构件,其安全性和耐久性会降低。因此,实现对桥梁拉索的健康监测是保障桥梁正常运营的关键。声发... 详细信息

随着中国桥梁建设的蓬勃发展,桥梁运维始终是关系国计民生的重大问题。受到桥梁长期服役和自然因素的影响,拉索作为斜拉桥等大型桥梁的受力构件,其安全性和耐久性会降低。因此,实现对桥梁拉索的健康监测是保障桥梁正常运营的关键。声发射是一种动态无损检测方法,在桥梁拉索等局部监测中应用愈发广泛。声发射长期监测会产生海量的信号,且信号复杂多样,本文利用深度学习对声发射信号进行处理,实现了对拉索断丝信号较好的识别效果。本文的主要内容如下:通过开展钢绞线拉伸破断试验,基于采集的断丝信号和非断丝信号,提出声发射信号的仿真算法,并实现对真实采集信号的仿真,利用小波包分解结合欧式距离完成对两类仿真信号的筛选。为后续验证仿真算法的有效性,开展实验室条件下的断铅实验,利用仿真算法同样完成对断铅信号的仿真和筛选。从时域、频域以及时频分析等不同角度对仿真信号集进行特征提取,针对时域和频域提取的较多特征,利用Relief算法实现有效特征选择。基于统计方法在选择的有效特征上比较了仿真断丝信号、仿真非断丝信号和真实信号的特征差异,箱线图反映出仿真信号的特征和真实信号特征是接近的,这一点在断铅信号集上也得以验证。通过对信号添加高斯白噪声模拟真实含噪样本,完成对选取特征的鲁棒性分析,在信号信噪比为30dB时,选取的特征可以对两类信号保持较好的区分能力,适用于实桥噪声环境。时频分析采用连续小波变换的方法,在连续小波变换的不同尺度上进一步提取能量比特征,通过不同尺度的对比,完成对小波特征的选择,在选取的各尺度特征上同样比较了仿真断丝信号、仿真非断丝信号和真实信号的特征差异,箱线图反映出仿真信号和真实信号在这几个尺度的小波特征是接近的,这一点同样在断铅信号集上得以验证。通过对小波特征的鲁棒性分析,在信号信噪比为30dB时,小波特征可以对两类信号保持较好的区分性。不同角度的特征提取构建了信号的综合特征向量。为了实现对拉索断丝信号的模式识别,引入深度学习LSTM算法构建信号识别模型,基于仿真断丝和非断丝信号集完成了模型训练,LSTM模型在真实信号测试集上表现了较高的识别准确度和良好的性能。通过对比SVM、PSO-SVM等传统机器学习模型,LSTM在真实信号测试集和信噪比为30dB的仿真信号集上实现了较高的断丝信号识别准确率和F1-Score。

关键词：健康监测桥梁拉索声发射深度学习

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基于漏磁检测的桥梁拉索断丝识别

同济大学学报（自然科学版） 2019年第4期47卷 458-466页

作者：辛荣亚张启伟同济大学土木工程学院上海200092 珠海大横琴股份有限公司广东珠海519000

为实现桥梁拉索漏磁(MFL)检测中低信噪比(SNR)时的断丝识别,提出了基于有效短时互相关(STCC)的损伤识别方法.对拉索进行重复测试并提取对应的信号片段进行互相关分析,通过重新归一化,在短时互相关序列中融入短时能量特征,再结合双阈值... 详细信息

为实现桥梁拉索漏磁(MFL)检测中低信噪比(SNR)时的断丝识别,提出了基于有效短时互相关(STCC)的损伤识别方法.对拉索进行重复测试并提取对应的信号片段进行互相关分析,通过重新归一化,在短时互相关序列中融入短时能量特征,再结合双阈值法进行断丝识别.制作了含有多种断丝损伤的足尺拉索模型进行漏磁检测试验,基于试验结果验证所提出的方法.结果表明:该方法的损伤判别精度比既有方法提高了15.7%～16.9%,在低信噪比下仍取得了较高的损伤识别精度.

关键词：桥梁拉索断丝漏磁检测有效短时互相关(STCC) 模型试验

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桥梁拉索表面缺陷的分布式机器视觉检测

光学技术 2013年第5期39卷 424-428页

作者：李新科高潮郭永彩贺付亮重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室重庆400030 重庆大学通信工程学院重庆400030

介绍了一种桥梁拉索表面损伤缺陷的分布式视觉检测系统。系统以DSP(Digital Signal Processor)芯片TMS320DM642(简称DM642)为核心处理器,协同控制辅助机械装置,实现拉索表面缺陷检测。提出并采用改进的中值滤波对CCD采集到的拉索表面图... 详细信息

介绍了一种桥梁拉索表面损伤缺陷的分布式视觉检测系统。系统以DSP(Digital Signal Processor)芯片TMS320DM642(简称DM642)为核心处理器,协同控制辅助机械装置,实现拉索表面缺陷检测。提出并采用改进的中值滤波对CCD采集到的拉索表面图像进行图像预处理,采用改进的Sobel边缘检测算法对缺陷进行边缘检测;对分割后的缺陷目标进行决策判别,实现桥梁拉索表面缺陷的智能检测。实验结果表明,系统可检测出桥梁拉索表面损伤面积大于1cm2的缺陷,处理速度达到了5cm/s,满足了快速有效的检测要求。

关键词：机器视觉 DSP 桥梁拉索表面缺陷检测