[发明专利]缆索承重桥梁桥面车辆载荷分布实时检测方法

说明书

技术领域

本发明属于桥梁检测领域，涉及一种缆索承重桥梁荷载的检测方法，具体涉及一种缆索承重桥梁桥面车辆动态荷载分布检测方法。

背景技术

公路桥梁的可变荷载主要为车辆荷载，是桥梁结构设计的主要依据。尽管桥梁设计规范对车辆荷载的分布形式和集度有明确的规定，但这一活载布置形式在实际工程中仍然带来若干问题，仍然不能满足桥梁结构的精细化分析和设计，主要体现在三个方面。第一，规范中定义的公路桥梁车辆活载是一个标准化的模式，这种方式无法准确反映某些极端情况下的桥上车辆分布，如发生交通事故时桥上交通拥堵。在这种情况下，车辆荷载集度有可能远远高于设计值，因此需要通过统计方法对极端情况进行可靠性分析。第二，钢桥面板的工作寿命受制于钢材的疲劳性能，其寿命还取决于桥上活载作用，对钢结构疲劳的评估需要准确掌握活载在桥面上作用的位置和移动速度等信息。第三，某些单柱式桥墩的桥梁在偏心荷载作用下易发生主梁横向倾覆，多地也发生过这样的事故。在考虑结构形式布置时，就需要准确评判这一极端事件发生的可能性，即掌握重载车辆沿最外侧车道行驶的极端情况。总而言之，建立一个合理的车辆活载模型已是当务之急，而桥梁车辆荷载动态分布检测将是建立合理车辆活载模型的基础。

桥梁车辆荷载检测技术在桥梁结构的设计、管理及维护等多个方面有较高的实用价值。目前，桥梁车辆荷载检测技术涉及两个方面。一方面，针对桥面车辆位置侦测多采用图像识别技术来实现，大规模应用的方式是在桥上定点设置若干监控摄像头用来掌握桥面车辆状况。但这一方法的局限性在于仅能掌握摄像头附近的桥面车辆分布，无法掌握全桥状态。此外，在全桥范围进行车辆识别则受限于桥梁本身的结构形式。另一方面，为了掌握桥上车辆重量，多采用动态称重方式来实现。这一方法虽然能掌握车辆的准确重量，但如果没有与车辆分布结合起来，也无法掌握荷载在桥面上的作用历程。

发明内容

针对现有检测方法的不足和缺陷，本发明的目的在于，提供一种适用于缆索承重桥梁的桥面车辆分布检测方法，并根据桥面空气能见度和桥跨尺寸给出该方法的适用范围，该方法基于计算机视觉技术，采用透视校正、图像增强、多车道车辆检测和动态模板匹配等方法，实现车辆荷载分布的实时跟踪，为建立合理的活载模型及桥梁设计提供重要依据。

步骤一：拍摄桥面图像；在缆索承重桥梁的每个车道入口处安装动态称重装置获取车辆重量信息，在各个桥塔上安装若干个摄像机获取各段桥面车流图像，摄像机的全部视野能够覆盖完整桥面；第一，根据桥位处气象资料掌握空气能见度，同时根据图像采集设备的灵敏度，确定本方法的适用性；

第二，针对斜拉桥和悬索桥的设计比例确定本方法在进行车辆侦测和识别的可靠性。建议画面拍摄时的最小倾角不小于6°，在过于扁平的缆索承重桥梁上应用该方法将出现采集画面中较多车辆重叠，易产生车辆识别错误。

步骤二：图像透视校正；将摄像机获取的桥面图像进行透视校正处理，获取桥面正视图：

(2.1)利用Hough变换提取所需的4条直线(车道所围成的4条直线)，并识别车道所围成的4条直线；

(2.2)在提取直线时，记录每条直线的端点，提取完成后对Hough变换的结果计算直线的交点，得到的交点就是4条直线的端点；

(2.3)将4条直线的交点坐标和相应的实际坐标共4对坐标数据作为解透视参数矩阵的已知量，记畸变图像中的各个像素点坐标为(x₁,y₁)(x₂,y₂)(x₃,y₃)(x₄,y₄)，相应的正视图中的点的坐标记为(u₁,v₁)(u₂,v₂)(u₃,v₃)(u₄,v₄)，由下式解出8个透视参数向量；

式中：

(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃),(x₄,y₄)表示畸变图中4条直线交点的坐标；