一种箱涵顶进过程中两侧支墩稳定性评估方法技术

本发明专利技术公开了一种箱涵顶进过程中两侧支墩稳定性评估方法，按照一定频率，对工业相机所拍摄到的支墩视频进行抽帧，在第一帧中选取多个监测像素点，获取每个监测像素点对应三维矩阵；然后每相邻两帧中，根据上一帧的监测像素点对应三维矩阵判别搜索上一帧的监测像素点在下一帧中的关联性点，获取关联性点对应的三维矩阵，所述下一帧中的关联性点作为下一帧的监测像素点；根据每一帧中每个监测像素点的平面坐标，转化为空间三维坐标；每相邻两帧中，将多个监测像素点之间的位置关系做比对，得到应变数据，设定应变预警阈值，判别是否给出预警，以便采取措施防止支墩失稳；具有安装简便、判别精度高、能够实时判别的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种箱涵顶进过程中两侧支墩稳定性评估方法
本专利技术属于桥梁监测领域，具体涉及到一种适用于箱涵顶进过程中便梁支墩的稳定性评估方法，适用于在箱涵顶进法施工时对两侧支墩的监测工程。
技术介绍
在下穿式立交的建设中，预制箱涵顶进技术发挥了重要的作用，其重要的特点是不需要打断上方道路的正常运行，同时保证下穿道路施工的正常进行，并有效的缩短施工工期，减小施工对交通的影响，增加工程社会效益。在箱涵顶进施工中，顶进箱涵两侧的支墩监测至关重要，关系到既有线路工程安全。现对其监测的现有方法多为使用测斜管、光栅传感器、应变片、位移计等传感器读取静态数据，在提取数据后分析该结构受力状态并评价其结构健康情况。在顶进法施工过程中，箱涵会在两侧的施加动态被动土压力，灌注桩的位移不同步会导致支墩产生内力，甚至超过结构抗力已知承载力极限状态。传统的监测方法不能实时反应结构的真实情况，存在一定的安全隐患。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提出一种箱涵顶进过程中两侧支墩稳定性评估方法，获取多帧支墩视频中的监测像素点的应变数据，设定应变预警阈值，判别是否给出预警，以便采取措施防止支墩失稳；具有安装简便、判别精度高、能够实时判别的优点。技术方案：本专利技术提出一种箱涵顶进过程中两侧支墩稳定性评估方法，包括以下步骤：S1、监测支墩位移；设置至少两个以不同方向斜向拍摄支墩平面的工业相机，进行支墩图像数据采集；S2、按照一定频率，对工业相机所拍摄到的视频进行抽帧，在第一帧中选取多个监测像素点，获取每个监测像素点对应三维矩阵(x，y，n)；其中x为监测像素点在该帧中的平面横坐标，y为监测像素点在该帧中的平面纵坐标，n为监测像素点的RGB通道数值；S3、然后每相邻两帧中，根据上一帧的监测像素点对应三维矩阵(x，y，n)，判别搜索上一帧的监测像素点在下一帧中的关联性点，获取关联性点对应的三维矩阵(x'，y'，n')，所述下一帧中的关联性点作为下一帧的监测像素点；S4、根据每一帧中每个监测像素点的平面横坐标x和平面纵坐标y，转化为该监测像素点的空间三维坐标(x，y，z)；S5、每相邻两帧中，将上一帧中多个监测像素点之间的位置关系，与下一帧中多个监测像素点之间的位置关系做比对，得到应变数据，设定应变预警阈值，判别是否给出预警。进一步，所述步骤S2中选取的所述监测像素点的数量为至少四个；相邻两帧中，上一帧中多个监测像素点的空间三维坐标分别为(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)…(xq，yq，zq)；其中q≥4；下一帧中多个监测像素点的空间三维坐标分别为(x'1，y'1，z'1)、(x'2，y'2，z'2)…(x'q，y'q，z'q)；其中q≥4；所述步骤S5具体包括：其中k≠p≠m≠n，且k＝1、2…q，p＝1、2…q，m＝1、2…q，n＝1、2…q；A＝(ym-yp)(zn-zp)-(yn-yp)(zm-zp)B＝(zm-zp)(xn-xp)-(xm-xp)(zn-zp)C＝(xm-xp)(yn-yp)-(xn-xp)(ym-yp)H为监测像素点(xk，yk，zk)至，三个监测像素点(xp，yp，zp)、(xm，ym，zm)、(xn，yn，zn)所在平面的距离；其中k≠p≠m≠n，且k＝1、2…q，p＝1、2…q，m＝1、2…q，n＝1、2…q；A′＝(y′m-y′p)(z′n-z′p)-(y′n-y′p)(z′m-z′p)B′＝(z′m-z′p)(x′n-x′p)-(x′m-x′p)(z′n-z′p)C′＝(x′m-x′p)(y′n-y′p)-(x′n-x′p)(y′m-y′p)H'为监测像素点(x'k，y'k，z'k)，至三个监测像素点(x'p，y'p，z'p)、(x'm，y'm，z'm)、(x'n，y'n，z'n)所在平面的距离；如果H＞H'当其中ec为混凝土的极限应变，给出预警；如果H＜H'当其中et为混凝土的极限拉应变，给出预警。进一步，所述步骤S2选取的多个监测像素点位于支墩边缘和/或角点区域。进一步，所述步骤S4中，通过双目立体视觉原理，根据每一帧中每个监测像素点的平面横坐标x和平面纵坐标y，转化为该监测像素点的空间三维坐标(x，y，z)。进一步，所述步骤S3采用差值平方和函数判别搜索上一帧的监测像素点在下一帧中的关联性点，具体包括：每相邻两帧中，在上一帧的每一个监测像素点(x，y，n)周围生成一个匹配区域，每个所述匹配区域以对应监测像素点(x，y，n)为中心，所述匹配区域的范围大小为M；fr(xi,yi,n)表示上一帧的一个匹配区域内的像素点的三维矩阵具体元素的值；fr(xj,yj,n)表示下一帧中一个范围大小为M的搜索区域内的像素点的三维矩阵具体元素的值；则当其中G表示判别是否为关联性像素点的判别阈值；将下一帧中，(xj,yj,n)所对应的的搜索区域的中心的像素点作为关联性点，并作为下一帧的监测像素点。所述的箱涵顶进过程中两侧支墩稳定性评估方法还包括：S6、通过光纤进行远距离实时数据传输，基于Python编制数据采集平台，通过数字图像特征匹配提升监测精确度，计算出每相邻两帧中，将通过步骤S3获取下一帧的关联性点(x'，y'，z')，相对上一帧的对应的监测像素点(x，y，z)的位移；分别为x'＝x+uy'＝y+vz'＝z+w其中u为x轴方向位移，v为y轴方向位移，w为z轴方向位移；实现全场位移测量并且确定支墩位移预警阈值；基于Python编制实现程序，实现位移预测，对超过位移预警阈值的位移实时监测值和预测值进行预警。将步骤S6的位移数据进行算术平均滤波处理，对反映支墩和土体位置关系的数据采用递归神经网络进行数据训练，确定预警阈值；然后采用指数平滑算法实现位移预测。根据步骤S6的数据训练结果将支墩位移实时监测值和预测值预警分别分为三个级别，并在预警级别提高时自动提高数据采集频率。有益效果：本专利技术对工业相机所拍摄到的支墩平面视频进行抽帧，判别搜索每一帧的关联性点，作为监测像素点，将相邻两帧的多个监测像素点之间的位置关系做比对，得到应变数据；设定应变预警阈值，判别是否给出预警，以便采取措施防止支墩失稳。同时本专利技术将相邻两帧的多个监测像素点进行全场位移测量并且确定支墩位移预警阈值；基于Python编制实现程序，实现位移预测，对超过位移预警阈值的位移实时监测值和预测值进行预警。本专利技术具有安装简便、判别精度高、能够实时判别的优点。附图说明图1是本专利技术的流程图；图2是本专利技术的硬件布置平面示意图；图3是本专利技术的用于训练支墩位移数据的神经网络实现流程图。具体实施方式如图1所示，本专利技术提出一种箱涵顶进过程中两侧支墩稳定性评估方法，包括以下步骤：S1、监测支墩位移；设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种箱涵顶进过程中两侧支墩稳定性评估方法，其特征在于包括以下步骤：/nS1、监测支墩位移；设置至少两个以不同方向斜向拍摄支墩平面的工业相机，进行支墩图像数据采集；/nS2、按照一定频率，对工业相机所拍摄到的视频进行抽帧，在第一帧中选取多个监测像素点，获取每个监测像素点对应三维矩阵(x，y，n)；其中x为监测像素点在该帧中的平面横坐标，y为监测像素点在该帧中的平面纵坐标，n为监测像素点的RGB通道数值；/nS3、然后每相邻两帧中，根据上一帧的监测像素点对应三维矩阵(x，y，n)，判别搜索上一帧的监测像素点在下一帧中的关联性点，获取关联性点对应的三维矩阵(x'，y'，n')，所述下一帧中的关联性点作为下一帧的监测像素点；/nS4、根据每一帧中每个监测像素点的平面横坐标x和平面纵坐标y，转化为该监测像素点的空间三维坐标(x，y，z)；/nS5、每相邻两帧中，将上一帧中多个监测像素点之间的位置关系，与下一帧中多个监测像素点之间的位置关系做比对，得到应变数据；设定应变预警阈值，判别是否给出预警。/n

【技术特征摘要】
1.一种箱涵顶进过程中两侧支墩稳定性评估方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、监测支墩位移；设置至少两个以不同方向斜向拍摄支墩平面的工业相机，进行支墩图像数据采集；
S2、按照一定频率，对工业相机所拍摄到的视频进行抽帧，在第一帧中选取多个监测像素点，获取每个监测像素点对应三维矩阵(x，y，n)；其中x为监测像素点在该帧中的平面横坐标，y为监测像素点在该帧中的平面纵坐标，n为监测像素点的RGB通道数值；
S3、然后每相邻两帧中，根据上一帧的监测像素点对应三维矩阵(x，y，n)，判别搜索上一帧的监测像素点在下一帧中的关联性点，获取关联性点对应的三维矩阵(x'，y'，n')，所述下一帧中的关联性点作为下一帧的监测像素点；
S4、根据每一帧中每个监测像素点的平面横坐标x和平面纵坐标y，转化为该监测像素点的空间三维坐标(x，y，z)；
S5、每相邻两帧中，将上一帧中多个监测像素点之间的位置关系，与下一帧中多个监测像素点之间的位置关系做比对，得到应变数据；设定应变预警阈值，判别是否给出预警。


2.根据权利要求1所述的箱涵顶进过程中两侧支墩稳定性评估方法，其特征在于：所述步骤S2中选取的所述监测像素点的数量为至少四个；相邻两帧中，上一帧中多个监测像素点的空间三维坐标分别为(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)…(xq，yq，zq)；其中q≥4；
下一帧中多个监测像素点的空间三维坐标分别为(x'1，y'1，z'1)、(x'2，y'2，z'2)…(x'q，y'q，z'q)；其中q≥4；
所述步骤S5具体包括：



其中k≠p≠m≠n，且k＝1、2…q，p＝1、2…q，m＝1、2…q，n＝1、2…q；
A＝(ym-yp)(zn-zp)-(yn-yp)(zm-zp)
B＝(zm-zp)(xn-xp)-(xm-xp)(zn-zp)
C＝(xm-xp)(yn-yp)-(xn-xp)(ym-yp)
H为监测像素点(xk，yk，zk)至，三个监测像素点(xp，yp，zp)、(xm，ym，zm)、(xn，yn，zn)所在平面的距离；



其中k≠p≠m≠n，且k＝1、2…q，p＝1、2…q，m＝1、2…q，n＝1、2…q；
A′＝(y′m-y′p)(z′n-z′p)-(y′n-y′p)(z′m-z′p)
B′＝(z′m-z′p)(x′n-x′p)-(x′m-x′p)(z′n-z′p)
C′＝(x′m-x′p)(y′n-y′p)-(x′n-x′p)(y′m-y′p)
H'为监测像素点(x'k，y'k，z'k)，至三个监测像素点(x'p，y'p，z'p)、(x'm，y'm，z'm)、(x'n，y'n，z...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，徐寅飞，温学华，倪有豪，赵楷林，王飞球，谢以顺，茅建校，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32