桥梁结构状态评估方法研究现状与展望

桥梁老龄化日益严重,桥梁安全状态成为广泛关注的问题,对桥梁进行合理的状态评估有助于桥梁管理养护和危险预警,保证桥梁正常运营。首先介绍了桥梁健康监测系统,分析监测系统存在的问题。其次分别从试验、数据分析和数字孪生方面介绍了桥梁评估方法的研究现状,然后阐述了桥梁状态评估的发展与挑战,综合分析表明目前结构健康监测系统仍存在较多问题,试验方面基于动力测试的损伤识别和基于视觉监测的桥梁状态评估都有自身的局限性,海量的监测数据需要进行有效的处理,BIM技术下的桥梁健康监测系统能实现监测与养护一体化运维管理,数字孪生技术将为桥梁状态评估带来新的可能。     

基于视频亚像素模板匹配算法的索力试验

针对索结构的索力测试，基于室内试验对比了计算机视觉方法和传统加速度传感器方法，探讨了计算机视觉方法的适用性。研究采用伺服静载锚固试验机张拉单根斜拉索钢绞线，简化模拟索张拉受力状态，通过相机摄影的非接触测量方法测量拉索动态响应，结合亚像素模板匹配算法识别拉索动态变形、基频和索力，并与传统的加速度传感器测试结果进行对比。研究结果表明，计算机视觉方法识别的拉索振动频谱峰值明显，基频识别结果与加速度传感器测试结果基本一致，索力识别结果与实测值相比最大误差不超过6%，具备开展实际结构索力测试的能力。     

基于视觉标记板的自动驾驶车辆激光雷达与相机在线标定研究*

针对传统的高清相机和激光雷达外部参数手动或半自动化标定程序繁琐和耗时问题,提出一种适用于地面无人平台车载激光雷达和相机在线自动标定的方法,以安装标记板(Marker)的移动车辆为标定目标,实现车辆的快速识别和位姿估计。同时获取在两种传感器中得到的位姿估计结果,利用经典的定向求解方法计算得到相机与激光雷达之间的刚性转换关系,并在真实城区环境中利用最优评估优化减小标定误差,试验结果证明了所提方法的准确性与可靠性。     

基于三镜头相机的桥梁配筋检测系统北大核心

配筋检测是确保混凝土结构质量的重要检测内容之一。传统配筋检测需要制作检测手册、准备检测设备,且自主检测、阶段确认和验收检测等需要大量的人力及时间。为确保测量精度,同时节省人力、物力,开发了基于三镜头相机的配筋检测系统。该系统由三镜头相机和系统控制软件组成。     

异型系杆拱桥结构运营期间健康监测系统研究

根据异型钢管混凝土拱桥结构特点和养护管理的需求,提出了基于自动化光纤光栅传感监测系统与人工巡检系统相结合的综合监测策略.根据异型钢管拱桥构件在结构安全中的重要性和易损性确定了监测内容,重点对于大桥关键受力区——拱脚倒三角区进行了有限元分析,在此基础上进行了FBG等传感器布置,对于大桥运营结构预警与评估实施方法等进行了探讨.在结构监测、预警与安全评估方面,提出了以“结构第一传力体系静力特点为主、动力特点为辅”的结构安全状态预警与安全评估方法,提升了评估技术的实用性和可靠性,为进行大桥结构状态识别、结构的承载力评估与结构安全评估等进一步工作奠定了基础.     

融合机器视觉与区间仿射算法的桥梁结构影响线实测研究

影响线是桥梁结构状态评估的重要指标。传统影响线实测方法依赖车辆称重系统(WIM)和接触式传感器,存在使用成本高、效率低、风险大、阻碍交通等问题。为实现“无需接触式传感”、“无需封闭交通”、“无需车辆称重系统”的智能桥梁检测,提出了一种融合机器视觉与区间仿射算法的桥梁结构影响线实测方法。该方法首先利用机器视觉技术获取多工况的桥梁测点动态位移响应;其次,根据车辆出厂信息建立其轴重区间矩阵并通过区间仿射算法计算多工况的影响线区间;最后,采用支持向量机(SVM)从影响线区间中识别桥梁真实影响线。将该方法应用于野外实际桥梁试验,通过控制标定车辆的载重和行驶速度获取多工况的位移响应数据以评估该方法的性能。结果表明：该方法能够有效地从影响线区间中识别桥梁真实影响线,混合工况下影响线的识别相对误差为8.48%;影响线的识别相对误差随车速的增大而增大,在车速分别10、20、30 km·h^-1工况下,影响线的识别相对误差分别为9.22%、10.23%、12.38%。提出的桥梁影响线实测方法具有非接触、高精度、经济灵活等优势,可有效突破现有接触式桥梁影响线实测方法的技术局限,具有较好的...     

基于偏差反馈的视觉系统在自动涂胶工艺中的应用

介绍了一汽-大众汽车有限公司密封涂胶机器人涂胶过程中视觉系统的原理及应用。首先针对视觉系统基本原理、涉及到的各种空间坐标系进行了简要介绍,然后详细阐述了涂胶机器人站从无到有的过程中,各个机器人以及相机系统的标定步骤和理论依据,同时概括地叙述了基于偏差补偿的涂胶轨迹校正的工作过程。实际生产情况表明,视觉系统在配合机器人涂胶中应用良好。     

桥梁结构的损伤现代检测与评估

基于结构振动理论和系统识别技术的桥梁健康监测系统已显示出了良好的发展前景．本文对桥梁结构损伤检测与评估技术中的热点问题进行了评述．包括传感器的优化布置、桥梁损伤识别方法、环境激励下的系统响应识别、专家系统等,并介绍了一些实例。     

融合加速度与计算机视觉实测车致响应的梁桥损伤识别方法

基于结构振型相关参数的损伤识别方法对振型的空间分辨率具有较高要求。为了改进计算机视觉技术在桥梁结构全场振型提取和损伤识别方面的不足,同时充分利用SHM系统各类传感器采集的丰富数据,提出了一种基于计算机视觉和有限数量加速度传感器实测桥梁在移动荷载作用下响应的损伤识别方法。首先,通过理论推导研究了损伤前后任意边界条件单跨梁在移动集中力作用下的位移响应,并从理论角度分析了局部刚度损伤引发的结构位移响应和振型改变。在此基础上,提出了一种通过测量少量测点的计算机视觉位移和加速度响应,提取可表征结构真实状态的多阶高空间分辨率振型的方法,所得振型的空间分辨率取决于移动荷载速度和位移采样频率。根据所提取振型的特点,提出了一种多阶全场模态曲率面积差加权融合的结构损伤识别参数,该参数可以直接利用损伤前后该单元前后节点的模态转角求得。为了验证所提出的方法,开展了实验室简支梁模型在不同速度和大小的移动荷载作用下的多工况损伤识别试验。试验结果表明,所提出的方法可以通过计算机视觉和有限数量的加速度传感器实现模型梁全场振型提取,且该振型与测点加速度模态分析得出的结果相符,空间分辨率可达模型梁跨径的1/6 000～1...     

无人驾驶汽车路径识别算法研究

主要介绍采用机器视觉的无人驾驶汽车在路径识别方面采用的一种新的路径识别方法,该方法通过摄像头标定、车辆位置和道路位置标定、图像预处理等一系列预先处理方式,结合图像识别中的启发式搜索算法达到准确识别路径的目的。     

Measurement of roof deformation caused by vehicle rollover

A vehicle rollover is a critical accident that could have many causes. This paper describes a novel vision-based system for measuring vehicle roof deformation due to a rollover accident. A vision-based measurement system offers an overall view of structural deformation simply at low cost. Our measurement system was constructed using a Kinect camera from Microsoft, a battery, and a remote-controlled recording computer. Color images and distance maps can be obtained using two sensors embedded in the Kinect along with customized software, and the distance from the camera lens to a specific object can be calculated with a simple equation. To test our proposed approach, actual vehicle rollover experiments were conducted and the resulting roof deformations were compared to those indicated by our system. Moreover, cross-sectional image of Apillar was analyzed to calculate bending moment of inertia. From the research results, it was able to show that deformation errors were within 13 mm, and roof deformation was correlated with vehicle type, or vehicle curb weight.     

基于计算机视觉的驾驶状态监控实验平台

基于计算机视觉,构建了一个驾驶状态监控实验平台,平台硬件部分包含CCD摄像机、嵌入式计算机、告警装置等,软件部分包含图像采集模块、图像特征提取模块等.该系统可安装在普通汽车上,实时地定位驾驶员的脸部、眼睛的位置,为进行驾驶行为分析、实时监控等实验提供基础数据.系统的应用,对防止不安全驾驶行为,提高交通安全有着重要意义.     

大跨悬索桥梁端位移与温度的相关性研究及其应用

对润扬大桥悬索桥160d的梁端位移响应与钢箱梁温度实测数据进行了季节相关性研究,并应用于结构的整体状态监测。针对润扬大桥悬索桥梁端位移与温度之间明显的季节相关性,采用6次多项式模型对梁端位移-温度进行了统计建模,并采用均值控制图法对梁端位移的异常变化进行了判别分类。主梁南北端由于温度引起的梁端位移年变化幅度分别为38．8、37．4cm,而采用均值控制图法可以识别出由于结构损伤所引起的梁端位移0．8cm的异常变化。结果表明,本文方法可以有效地消除温度的季节变化对悬索桥实测梁端位移的影响,较好地识别出结构损伤引起梁端位移的异常变化。     

大数据背景下的桥梁结构健康监测研究现状与展望

结构健康监测（SHM）技术在许多大型桥梁的运营养护管理中均有应用，但已有监测系统积累的海量数据并未被充分解读。为将大数据技术引入到桥梁SHM数据的处理分析中，首先总结大数据的概念和构成要素；然后分析SHM数据的工业大数据属性，梳理桥梁SHM大数据的研究方向；随后综述包括处理技术和分析方法在内的大数据技术在桥梁SHM中的应用现状，在由数据预处理、数据融合、特征工程、模式识别、可视化构成的大数据分析流程中提出SHM大数据研究的需求和应用场景；最后对大数据技术在桥梁SHM中的前景与驱动力进行展望和讨论。结果表明：SHM大数据研究应以结构状态评估为落脚点；大数据处理技术在SHM的系统框架搭建及数据分析能力扩展方面虽已得到较多应用，但其并非SHM大数据研究的重点；SHM数据融合对大数据分析方法有迫切需求，以实现桥梁SHM数据与外观检测等多源异构数据的多层面融合；深度学习、集成学习为结构状态敏感特征的提取提供了新的算法；有监督、无监督机器学习方法结合海量SHM数据将对结构状态评估下的模式识别问题形成更全面的认知；异常识别、相关分析、迁移学习等方法可为实桥SHM损伤识别提供支撑。研究结果可为SHM领域的大数据研究提供参考。     

基于快速DIC与正则化平滑技术的结构形变测试

传统的有接触结构形变测试存在现场操作困难、多点测试不便、测试成本高等问题，难以应对工程结构形变测试中较为复杂的应用场景。为实现无需人造靶标、可远距离测试且具有较高测试精度的非接触无靶标形变测试，针对采集的结构形变视频图像，引入数字图像相关（Digital Image Correlation，DIC）技术，采用基于Fourier变换的互相关整像素匹配算法与反向组合高斯-牛顿迭代亚像素匹配算法，利用英伟达公司的CUDA并行计算平台，实现结构多点动位移时程的快速测试；基于有限元应变计算与正则化平滑理论，采用位移场后处理方式实现结构连续与非连续应变场的计算。对DIC匹配算法的精度及运算速度、应变算法处理连续与非连续位移场的性能进行对比分析；对超高性能混凝土墩柱抗冲击试验及拱桥吊杆振动试验视频数据进行处理，得到多点位移（频率）测试结果，并与传统测试方法进行对比分析；对砂体抗拔试验及混凝土梁抗弯试验视频进行处理，以云图方式展现位移场与应变场的分布，并与基于逐点最小二乘法的应变测试结果进行对比。研究结果表明：基于快速DIC与正则化平滑技术的非接触结构形变测试方法在结构多点变形、位移频谱及应变场，特别是非连续应变场的测试中得到了较理想结果，具有一定的工程应用价值。     

高速公路视频联网监控系统技术研究

模拟视频的数字化压缩并通过网络传输是目前视频远程传输技术发展的一个方向。本文对高速公路数字视频监控联网系统的实现方法进行了讨论。首先提出了各种视频传输设备的接入系统的方法,其次就视频的联网调度和控制方法进行了讨论,最后就多压缩标准共存条件下的数字视频流的解压缩提出了相应的解决方案。     

土木工程结构健康监测研究进展

阐述了实施土木工程结构健康监测的必要性,介绍了结构健康监测系统的内涵、组成、监控内容、监控系统功能及其工程应用,讨论了结构损伤检测中的两类方法,重点对损伤识别中的动力指纹法、模型修正法、神经网络法、遗传算法进行了分析和比较,阐述了健康监测领域今后的主要研究问题和发展方向.     

高速公路相机自动标定及道路坐标系构建

为解决高速公路场景下利用视频监控系统正确描述车辆相对于道路的空间位置问题，通过引入Frenet坐标系概念，提出一种基于相机自动标定的道路坐标系模型。在相机自动标定阶段，利用线分段拟合方法从曲线车辆轨迹中提取平行于直线路段的轨迹点，并通过级联霍夫变换精确估计道路方向的消失点。然后,根据多车辆三维模型约束，对相机参数进行迭代优化。基于标定结果，将车辆轨迹映射到世界坐标系平面上，并用3次样条插值进行拟合。根据大量运动车辆在道路平面内形成的轨迹域分布特征，综合边界约束估计道路中心点。最后，结合道路中心线在各点处的法线向量与车道宽度信息确定平移量，并利用点平移运动拟合车道线，实现道路坐标系的自动建立。使用真实高速公路视频数据，在多种道路条件下进行试验。研究结果表明:在标定阶段，构建方法对不同高速公路场景的最大标定误差不超过11.55%;与最新的方法相比，直线道路平均标定误差分别降低6.68%和3.58%，弯曲道路平均标定误差分别降低7.43%和2.61%;在道路坐标系构建阶段，构建方法的平均投影距离为0.077 m，接近最新方法的0.069 5 m；而其平均精度为0.916，显著优于最新方法的0.663；所提道路坐标系能够自适应道路形态的变化，有效解决了从监控视频中描述车辆与道路之间相对位置关系的问题。     

Estimation of trailer off-tracking using visual odometry

High-capacity vehicles have been shown to be highly effective in reducing emissions associated with road freight transport. However, the reduced manoeuvrability of long vehicles often necessitates the use of active trailer steering. Path-following trailer steering systems are very effective in this regard, but are currently limited to on-highway applications due to the manner in which trailer off-tracking is estimated. In this work, a novel trailer off-tracking measurement concept is introduced which is independent of wheel slip and ground surface conditions, and requires no additional sensor measurements or parameter data from the tractor. The concept utilises a stereo camera pair affixed to the trailer and a visual odometry-based algorithm to calculate off-tracking. The concept was evaluated in detailed simulation and full-scale vehicle tests, demonstrating its feasibility and highlighting some important characteristics. RMS measurement errors of 0.11–0.12?m (3.3–3.6%) were obtained in a challenging visual environment.     

分布式光纤传感器用于连续配筋混凝土路面健康监测的试验研究

介绍了一种先进的分布式光纤传感器技术。即布里渊光时域反射计（BOTDR）。在连续配筋混凝土路iN（CRCP）中布置了BOTDR分布式光纤传感系统,对路面板中连续钢筋和混凝土应变进行实时监测。研究结果表明,BOTDR在公路桥梁等一些土木工程结构的健康监测中具有重要的应用前景。