[发明专利]基于数字图像的工程结构力学参数识别方法及系统

说明书

公开了一种基于数字图像的工程结构力学参数识别方法及系统。该方法可以包括：步骤1：计算相关变形参数的计算公式；步骤2：根据位移初始值与相关变形参数，计算位移精确值，获得位移场；步骤3：根据位移场，通过应变窗算法计算位移梯度；步骤4：根据位移梯度，计算应变场。本发明通过分析比较基于参考图像的其余图像的变形数据，实现基于数字图像识别技术于结构构件的变形的监测与预警。

技术领域

本发明涉及工程结构监测领域，更具体地，涉及一种基于数字图像的工程结构力学参数识别方法及系统。

背景技术

近年来，随着我国建筑事业的蓬勃发展，建设规模不断扩大，建设速度日新月异。与此同时，结构因承受荷载而产生较大的变形将直接影响结构的强度及稳定性，使工程产生相关安全隐患问题。目前，常规解决工程中结构安全问题方法多采用理论分析计算与现场试验检测两种。其中运用有限元理论进行的相关数值模拟是理论分析计算的典型代表，但该方法计算时设置的计算条件多为理想受力状态，较难将结构构件的实际复杂受力情况进行模拟，因而对同一结构构件进行数值模拟分析计算时得出的结果与实际值存在一定的偏差；而现场试验检测方法通常是对结构直接进行量测并得出其相关力学参数，该结果具有较高的可信度。

结构承受相关荷载后将产生一定的变形，故结构变形测量是现场结构试验测量中一项主要的试验内容。按照测量仪器是否与被测结构表面有直接接触，可将相关测量方法分为接触式、非接触式两类测量方法。其中接触式测量仪器以位移计、传感器及应变片等为代表，具有操作简单、直接性强、得到的实测数据可靠性较高等优点，被一直沿用与发展。相应地非接触式测量方法多利用如超声波、电磁波及光波等各种波进行检测，常见仪器有全站仪、GPS、超声波无损检测仪等。且使用该方法可弥补采用接触式测量方法不适用的高温、辐射及腐蚀性等特殊作业环境的缺陷。虽该方法可解决较多的实际工程测量难题，但其适用条件、范围及精度等仍具有一定局限性。因此，有必要开发一种基于数字图像的工程结构力学参数识别方法及系统。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提出了一种基于数字图像的工程结构力学参数识别方法及系统，其能够通过分析比较基于参考图像的其余图像的变形数据，实现基于数字图像识别技术于结构构件的变形的监测与预警。

根据本发明的一方面，提出了一种基于数字图像的工程结构力学参数识别方法。所述方法可以包括：步骤1：计算相关变形参数的计算公式；步骤2：根据位移初始值与所述相关变形参数，计算位移精确值，获得位移场；步骤3：根据所述位移场，通过应变窗算法计算位移梯度；步骤4：根据所述位移梯度，计算应变场。

优选地，所述步骤2包括：步骤201：确定计算子区，计算归一化互相关法度量值；步骤202：根据所述归一化互相关法度量值，确定所述计算子区的种子点，计算所述种子点的相关变形参数与位移精确值；步骤203：确定距离所述种子点距离最近的多个未计算点，计算所述多个未计算点对应的相关变形参数；步骤204：标记相关变形参数最小的未计算点为种子点，计算所述种子点的位移精确值；步骤205：确定距离多个种子点距离最近的多个未计算点，重复步骤203-204；步骤206：重复步骤205，直至所述计算子区中不包含未计算点。

优选地，通过公式(1)计算相关变形参数：

其中，C_LS为相关变形参数，为任意一点Q的坐标，为变形后Q'对应的坐标，f和g分别为在指定位置的参考和当前图像灰度强度函数，f_m为参考图像子区灰度平均值，g_m为当前变形图像子区的灰度平均值。

优选地，所述步骤3包括：根据所述位移场进行最小二乘平面拟合，获得降噪后的位移值；根据所述降噪后的位移值，计算所述位移梯度。

优选地，所述位移梯度为：