[发明专利]一种基于手机视频的桥梁结构振型测量方法

说明书

本发明公开了一种基于单个手机摄影的桥梁结构振型测量方法，包括：通过手机摄像头录制桥梁视频，获得视频样本；在视频样本中选择颜色差异大的桥梁振动轮廓线作为桥梁振型的识别对象；识别视频样本的上轮廓线和下轮廓线，通过上轮廓线和下轮廓线获得视频样本的静平衡曲线；通过上轮廓线和静平衡曲线获得视频样本的原始振型样本；通过原始振型样本获得桥梁振型。使用一台手机摄像就能完成桥梁结构的振型测量，直接利用被测结构表面的结构特征，如目标表面的纹理、图案背景等作为测量区域，使实验操作简单方便，对视频质量要求较低，成本低廉，便于推广，视频获取来源广泛和无需专业培训等优点。

技术领域

本发明属于桥梁结构健康监测领域，特别涉及一种基于手机视频的桥梁结构振型测量方法。

背景技术

桥梁结构振动信息的测量是桥梁结构健康监测必不可少的内容。结构的振动信息反映了桥梁的整体安全性能，是桥梁结构损伤识别和安全状态评估的重要数据来源。结构的振动信息包含有自振频率、振型、阻尼系数等关键参数。目前已有较为成熟的自振频率和阻尼系数的测量方法，但自振频率和阻尼系数对于结构损伤识别和安全状态评估的效果不好。

桥梁结构振型的测量方法可分为接触类测量方法和非接触类测量方法两类。接触类测量方法主要采用加速度计、倾角计、位移计、GPS和差压变送器等类型的传感器进行测量。接触类测量方法具有测量数据精度相对较高的优点。但这种有方法有以下不足之处：(1)测点数量极为有限，无法得到高阶振型。(2)需要外接电源和数据采集传输设备。(3)传感器及其采集仪的设备成本高昂，且安装难度较大。(4)各测点数据的同步性不高。

非接触类测量方法主要有激光扫描类方法和基于机器视觉的方法等。其中激光扫描类方法成本高昂、激光阵列的同步性不强，受天气影响较大，且一般情况下需要双目测量。现有的基于机器视觉的测量方法为了得到预设测点的振动时程曲线，就必须获取高清的视频图像，此时就必须采用工业高速相机。但这种相机成本过高，多操作人员有一定的要求，且图像数据的处理需要较高配置的计算机配合才能完成。

发明内容

本发明属于非接触类的基于机器视觉的振型测量方法。本发明针对传统桥梁振型测量方法的不足，提出了一种基于单个手机摄影的桥梁结构振型测量方法。测量方法采用一种基于手机摄影的机器视觉动态追踪方法。

本发明至少通过以下技术方案之一实现发明目的。

一种基于单个手机摄影的桥梁结构振型测量方法，包括：

通过手机摄像头录制桥梁视频，获得视频样本；

在视频样本中选择颜色差异大的桥梁振动轮廓线作为桥梁振型的识别对象；

识别视频样本的上轮廓线和下轮廓线，通过上轮廓线和下轮廓线获得视频样本的静平衡曲线；

通过上轮廓线和静平衡曲线获得视频样本的原始振型样本；

通过原始振型样本获得桥梁振型。

进一步地，采用常规手机镜头进行视频录制。本发明需要获取的是桥梁的轮廓，而不是准确的结构位移，对图像精度要求不高，常规的手机摄像头即能满足要求，而无需专业相机或工业级摄像头，不仅能够有效降低成本，且使用方便。

进一步地，所述获得视频样本，具体为：获取可识别桥梁结构振动轮廓的视频作为视频样本。

进一步地，采用单个手机进行视频录制。

进一步地，测量过程中采用环境激励，所述环境包括但不限于车辆荷载或风荷载。

进一步地，通过视频图像轮廓识别技术识别视频样本的上轮廓线和下轮廓线。

进一步地，所述识别视频样本的上轮廓线和下轮廓线，通过上轮廓线和下轮廓线获得视频样本的静平衡曲线，具体为：