[发明专利]一种桥梁动态荷载自动检测与反演系统及方法

说明书

本发明公开了一种桥梁动态荷载自动检测与反演系统及方法，包括三维激光扫描仪(11)、计算机、多个摄像机(12)和用于与三维激光扫描仪(11)配合使用的计时器；桥梁上的同向车道上均布有多个路竿，每个路竿上均架设有对相邻两个路竿之间的车道区域视场进行覆盖的摄像机(12)，多个摄像机同步摄像，且同步精度小于10微秒，三维激光扫描仪(11)架设在桥梁入口处的同向双车道的正上方上且测量范围覆盖两条车道；桥梁(21)上至少在桥梁的最大受力处设置有应力传感器，应力传感器、摄像机(12)、计时器和三维激光扫描仪(11)均与计算机连接。该方法实现了桥梁动态荷载检测以及对桥梁各部位应变的准确监测。

技术领域

本发明属于桥梁动态载荷检测技术领域，尤其涉及一种桥梁动态荷载自动检测与反演系统及方法。

背景技术

桥梁是公路的重要组成部分。由于桥梁结构不合理、自然灾害或超载等原因，时常引发桥梁坍塌事故，给国家和人民带来极大的财产损失。因此，为避免类似事故的发生，很多新建桥梁或在用桥梁都要求安装桥梁监控系统。目前的桥梁监控多停留在桥梁定点部位的定期检测，或采用监控视频监控桥面的车流量，或埋设称重传感器监控单个断面的荷载，没有真正实现整个桥面动态荷载的跟踪或应力监控。

同时，现有系统车辆监控和应变测量是孤立的两个系统。同时，还没有基于视频的全桥车辆跟踪系统，最关键的是没法做到多个视频同步，且目前的监控系统之间是独立的，没有重车空车区分功能。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种桥梁动态荷载自动检测与反演系统及方法，实现了桥梁动态荷载检测以及对桥梁各部位应变的准确监测。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种桥梁动态荷载自动检测与反演系统，包括三维激光扫描仪、计算机、多个摄像机和用于与三维激光扫描仪配合使用的计时器；桥梁上的同向车道上均布有多个路竿，每个路竿上均架设有对相邻两个路竿之间的车道区域视场进行覆盖的摄像机，多个摄像机同步摄像，且同步精度小于10微秒，三维激光扫描仪架设在桥梁入口处的同向双车道的正上方上且测量范围覆盖两条车道；桥梁上至少在桥梁的最大受力处设置有应力传感器，应力传感器、摄像机、计时器和三维激光扫描仪均与计算机连接。

所述的三维激光扫描仪，用于得到所有进入桥梁同向双车道上的被检测车辆各自表面的点云数据，并将其得到的点云数据发送给计算机；

所述的摄像机，用于对通过其下方的所有的运动的被检测车辆的连续行驶过程进行拍摄，待拍下运动的被检测车辆的连续行驶视频后，将拍下的运动的被检测车辆的连续行驶视频发送给中央处理器；

所述的计算机，用于接收三维激光扫描仪发送的点云数据，并以点云数据为基础，经三维重建得到所有进入桥梁同向双车道上的被检测车辆各自表面的三维轮廓图，并以各个被检测车辆表面的三维轮廓图计算出各个被检测车辆的长、宽和高的尺寸数据，然后以被检测车辆尺寸数据中的车厢高度来判断被检测车辆是否为空车，从而得到被检测车辆的载荷判断信息；同时选取某一辆货车作为样本车辆，记录下它的长、宽和高的尺寸数据；将被检测车辆的尺寸数据与样本车辆的尺寸数据比较，判断出被检测车辆的车型信息；被检测车辆的车型信息和载荷判断信息组成了车辆载荷计算参数信息；

同时，所述的计算机，用于接收摄像机拍下的运动的被检测车辆的连续行驶视频，并将其处理成一帧帧不间断的图像；利用背景差分法在上述图像中提取出多个运动的被检测车辆的灰度图像，然后再利用改进的Otsu算法对多个运动的被检测车辆的灰度图像进行自适应二值化处理，并对二值化处理后的多个运动的被检测车辆目标结果提取Harris特征角点，并根据提取的Harris特征角点创建多个自适应运动的被检测车辆大小的跟踪框来开始对视场内运动的被检测车辆进行跟踪，并根据跟踪框的多少得到视场内分布的车辆数量，同时，利用设置在桥梁同向双车道入口处的摄像机拍下的运动的被检测车辆的连续行驶视频，得到的运动的被检测车辆大小的跟踪框来对运动的被检测车辆进行标号；