[发明专利]一种桥梁人致冲击荷载光学测量方法及其快速测试系统

权利要求书

1.一种桥梁人致冲击荷载光学测量快速测试系统，其特征在于：包括图像拍摄装置、数据采集系统和数据分析系统，所述图像拍摄装置用来获取行人在不同跳跃形式下的运动图像序列；所述数据采集系统采集行人跳跃时的运动图像并同时采集被测结构在行人激励下的动态响应，并存储采集的图像序列和结构响应时间序列文件；所述数据分析系统包含人致冲击荷载估算模块和结构静动力参数识别模块两部分，所述人致冲击荷载估算模块用于得到行人跳跃时作用于结构的动态冲击荷载，所述结构静动力参数识别模块基于测量的人致动态冲击荷载，实现结构深层次参数识别，用于结构当前安全状态以及长期性能评估，对桥梁结构的健康状态进行评估。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁人致冲击荷载光学测量快速测试系统，其特征在于：所述图像拍摄装置为高速相机。

3.根据权利要求1所述的一种桥梁人致冲击荷载光学测量快速测试系统的测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)图像采集：通过图像拍摄装置获取到行人在不同跳跃形式下的运动图像序列，数据采集系统采集行人跳跃时的运动图像并同时采集被测结构在行人激励下的动态响应，并存储采集的图像序列和结构响应时间序列文件；

2)行人跳跃时竖向速度信息计算：采用粒子图像测速技术获取人体上下跳跃时各个子区的速度时程；

3)行人竖向跳跃时的加速度信息计算：在得到各个子区的速度时间序列之后，利用差分算法可以得到各个子区的加速度时间序列，将速度变化比较明显的子区加速度时间序列挑选出来便于后续冲击荷载估算；

4)人致动态冲击荷载估算：将步骤3中符合条件的加速度时间序列与人体各个部位的质量相乘，便可以得到人体作用于结构的动态冲击荷载；

5)结构参数识别及性能评估：基于人致冲击荷载和结构振动响应可以实现结构深层次参数识别，从而进一步实现结构挠度预测、损伤识别以及状态评估。

4.根据权利要求3所述的一种桥梁人致冲击荷载光学测量快速测试系统的测量方法，其特征在于：所述步骤2的具体流程为：假设拍摄得到t_i和t_i+1时刻的运动图像，分别对t_i和t_i+1拍摄的图像进行子区划分，取t_i时刻的任意一个子区为G_i，其子区中心为(x₀，y₀)，t_i+1时刻与之对应的图像子区为G_i+1，对G_i和G_i+1区域的灰度分布信息进行比较，即：

便可以得到t_i+1时刻相对于t_i时刻的位移变化量ΔD(m，n)，结合两张图像之间的时间间隔Δt＝t_i+1-t_i，从而可以得到t_i时刻的运动速度，即v(m，n，t_i)＝ΔD(m，n)/Δt，对所有子区进行计算，可以得到人体跳跃时的各个子区的速度时间序列；

所述步骤3的具体流程为：在得到子区的速度时间序列后，利用如下差分算法可以得到各个子区的加速度时间序列，即：

a(m，n，t_i)＝[v(m，n，t_i-2)-8v(m，n，t_i-1)+8v(m，n，t_i+1)-v(m，n，t_i+2)]/12Δt

其中，v(m，n，t_i-2)为子区(m，n)在时刻t_i-2的速度信息；v(m，n，t_i-1)为子区(m，n)在时刻t_i-1的速度信息，依次类推，a(m，n，t_i)为子区(m，n)在时刻t_i的加速度信息；Δt为相机拍摄两相邻图像之间的时间间隔；

然后，将速度变化比较明显的子区加速度时间序列挑选出来便于后续冲击荷载的估算。