【技术实现步骤摘要】
一种桥梁动态荷载自动检测与反演系统及方法
本专利技术属于桥梁动态载荷检测
，尤其涉及一种桥梁动态荷载自动检测与反演系统及方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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...
【技术保护点】
1.一种桥梁动态荷载自动检测与反演系统，其特征在于，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。/n
【技术特征摘要】
1.一种桥梁动态荷载自动检测与反演系统，其特征在于，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。
2.根据权利要求1所述的桥梁动态荷载自动检测与反演系统，其特征在于，所述的三维激光扫描仪(11)，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(12)，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；
通过上述计算提取的Harris特征角点中每个运动的被检测车辆的Harris特征角点的横纵坐标的平均值来获得每个运动的被检测车辆的质心，同时，通过最邻近跟踪滤波器算法和用于跟踪和判断车辆位置的改进型卡尔曼滤波算法将每一帧视频图像中相同标号的车辆质心连接起来，从而得到相同标号车辆的行驶轨迹，从而实现多目标运动的被检测车辆的跟踪，进而得到整个桥面运动车辆的分布信息；
根据得到的车辆载荷计算参数信息和得到的整个桥面运动车辆的分布信息得到所有车辆对桥梁的荷载信息，并将得到的载荷信息和桥梁设计时桥梁的相关参数信息采用有限元模型算法得到桥梁各点的应力应变分布值；
根据在桥梁的最大受力处设置的应力传感器测得的桥梁的实际应力应变分布值与上述步骤中得到的桥梁对应部位的各点的应力应变分布值通过多项式回归，对得到的桥梁对应部位的各点的应力应变分布值进行修正。
3.一种桥梁动态荷载自动检测与反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在桥梁的同向双车道上，利用架设在其桥梁入口处正上方的且测量范围覆盖两条车道的三维激光扫描仪，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，计算机以点云数据为基础，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；
(2)在桥梁的同向双车道上，利用架设在其各个均布的路竿上并对相邻两个路竿之间区域视场覆盖的与其他摄像机具有同步功能的摄像机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，中央处理器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；
(3)中央处理器，通过步骤2)计算提取的Harris特征角点中每个运动的被检测车辆的Harris特征角点的横纵坐标的平均值来获得每个运动的被检测车辆的质心，同时，通过最邻近跟踪滤波器算法和用于跟踪和判断车辆位置的改进型卡尔曼滤波算法将每一帧视频图像中相同标号的车辆质心连接起来，从而得到相同标号车辆的行驶轨迹，从而实现多目标运动的被检测车辆的跟踪，进而得到整个桥面运动车辆的分布信息；
(4)中央处理器，根据步骤1)得到的车辆载荷计算参数信息和步骤3)得到的整个桥面运动车辆的分布信息得到所有车辆对桥梁的荷载信息，并将得到的载荷信息和桥梁设计时桥梁的相关参数信息采用有限元模型算法得到桥...
【专利技术属性】
技术研发人员：成高立，雷雪芹，张宏军，梁田，冉海峰，李炜，梁红涛，杨苏，刘高阳，高壮，王朵，徐娇，乔华玺，李明，贾保国，夏涛，张涛，韩晓凯，严元刚，侯群杰，
申请(专利权)人：陕西高速机械化工程有限公司，西安财经大学，陕西宝汉高速公路建设管理有限公司宝鸡分公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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