桥梁动态挠度图像识别测试技术研究

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1、桥梁动态挠度图像识别测试技术研究王翔，钟继卫，王波59桥梁动态挠度图像识别测试技术研究王翔。钟继卫。王波。(1．中铁大桥局集团桥科院有限公司，湖北武汉430034；2．桥梁结构安全与健康湖北省重点实验室，湖北武汉430034)摘要：目前桥梁动态挠度测试技术缺乏比较科学、便捷的手段，鉴于此，开展动态挠度图像识别测试技术相关研究。研究表明，利用相机采集目标部位不同时间的图像，然后将图像经计算机处理分析即可得到挠度变化数据。具体操作为在桥梁结构待测挠度点预先布置好LED灯，采用工业相机在固定参考点采集目标变化图像，通过形心搜索算法来识

2、别LED灯的位置变化，通过计算程序的运行可以自动控制相机测量并自动分析处理数据，实时得到桥梁动态挠度的变化。武汉军山长江大桥为主跨460m双塔钢箱梁斜拉桥，在该桥主跨跨中布置LED灯，应用图像识别测试技术测试其动态挠度，测试结果与该桥已有的健康监测系统测试结果比较一致，验证了动态挠度图像识别测试技术的准确性和可靠性。关键词：桥梁工程；动态挠度；图像识别；工业相机；LED灯；健康监测中图分类号：U441．3文献标志码：A文章编号：1671—7767(2015)03—0059一O41引言桥梁动态测试的现状，研发出一种高精度、高效率的

3、结构的位移和变形一直是桥梁施工和安全运营桥梁动态挠度测试系统具有非常重要的现实意义。过程中的关键控制参数，其中动态挠度是评价桥梁本文针对上述问题和不足，开展动态挠度图像识别整体结构性能非常关键的参数，对其进行科学可靠测试技术的相关研究，并将该技术应用于实桥，以验的测试至关重要n]。但当前桥梁动态测试的手段证其可行性与可靠性。和设备较少，尤其是对桥梁动态挠度的直接测量尚缺乏比较科学、便捷的手段。常规测量方法如水准2动态挠度图像识别测试技术仪、百分表和全站仪等难以进行动态测量；GPS能2．1系统整体设计实现动态测量，但精度有限，而且

4、调试安装非常本文提出的动态挠度图像识别测试技术，首先繁琐。需要用相机采集目标部位不同时间的图像，然后把针对当前桥梁动态测试方法缺乏的现状和现代图像经计算机处理分析即可得到挠度变化数据。系数码摄影技术的发展，国内一些研究者开展了基于统整体设计如图1所示。具体操作步骤为：首先，在图像识别的测试技术研究。重庆大学和重庆交通大待测挠度部位固定LED灯，选用锂电池供电；其次，学的研究者_3“]利用激光作为位移传递媒介，通过把工业相机固定在静止参考点处，调节好相机的参图像识别激光的光斑来测量位移，这种方法的缺点数和图像采集频率，瞄准目标进行

5、采集，并将采集到是不易消除激光转角带来的误差。华中科技大学、的图像经数据线实时传输到计算机上；最后，开启配浙江大学、长安大学_5~7等一些高校的研究者直接套开发的软件，对图像进行分析处理，得到挠度变化利用算法识别桥梁结构表面的标志点，但由于标志的实时曲线。点比较复杂，导致图像识别的算法也较复杂，难以实应用该系统测量结构变形时，固定在桥梁上的现图像的动态采样与同步处理。上述这些研究大多LED灯会随着结构的变形而在相机的视野中有不是在实验室进行的，离大跨桥梁的实际应用尚有一同的成像，即结构物的变形会通过LED灯光的传递定的距离。日本

6、府立大学的米山悟教授_8]开展了图在摄像机采集图像中有不同的像素坐标，通过标定像识别方法在桥梁上的具体应用，测得了桥梁静载得到像素和实际物理尺寸的转换系数就可以得到结试验下的挠度，但没有进行相应的动态测试。针对构物被测点所在的实际坐标。数字图像的采集是通收稿日期：2014—12—30作者简介：王翔(1986一)，男，工程师，2008年毕业于湘潭大学工程力学专业，工学学士，2010年毕业于清华大学固体力学专业，工学硕士(E—mail：wangxiang4143@163．com)。60世界桥梁2015，43(3)工业相机LED'il

7、r⋯⋯待测结构一一(a)灰度图像(b)二值化图像图3图像阈值转化前、后效果对比图像二值化处理后需要对图像做进一步的中值滤波除噪处理。中值滤波是一种典型的低通滤波器，它将区域中的像素按灰度级排列，以中间值为图1系统整体设计示意输出对象，保护图像的边缘，抑制噪点，不使边缘模过电荷耦合图像传感器(CCD)把光信号转换成电信糊[1，以保证测量结果有较高的精度。号，然后以矩阵的形式存储下来，所以图像识别的本接着通过形心法计算图像光斑在接收屏上的位质就是对具体一个矩阵中的数据进行分析。整个图置值(X，y)，对于一个像素为M×N的CCD，对应

8、像的背景较暗，LED灯会形成比较明亮的亮斑，整个图像光斑的位置值(X，y)由下式确定：图像识别就是计算暗背景下的亮斑中心位置的变化。MNMN2．2图像识别流程∑∑(，)×i∑∑厂(，)×X一—一；y一——一数字图像识别流程如图2所示。首先将采集到∑∑L厂(，)∑