结构振动位移监测方法及终端设备技术

本发明专利技术适用于结构健康监测技术领域，提供一种结构振动位移监测方法及终端设备，包括：对获取的红色方标靶视频进行视频序列分解，依次得到每一帧图像；分别抽取每一帧图像的中间行数据和中间列数据，进行处理，得到待测结构发生振动的起始帧号和停止振动的结束帧号；提取起始帧号至结束帧号之间对应的每帧图像的中间行数据和中间列数据进行线数据匹配计算，得到每帧图像中红色方形靶标的中心坐标值；根据构成的中心坐标序列值，计算得到红色方形靶标的实际位移变化值。本发明专利技术仅通过中间行数据和中间列数据进行位移测量计算，提高了计算效率；采用线数据匹配计算方法计算红色方形靶标的实际位移变化值，可提高实际位移变化值的计算效率和测量精度。

【技术实现步骤摘要】
结构振动位移监测方法及终端设备
本专利技术属于结构健康监测
，尤其涉及一种结构振动位移监测方法及终端设备。
技术介绍
结构健康监测一般是测量土木结构在风、地震或车辆荷载等外界作用下的响应，而位移响应是结构健康监测的关键。目前针对位移响应的测量技术主要包括直接法和间接法。其中，直接法是采用位移传感器直接测量结构振动位移，在使用时，需要参考基准点并需要靠近或接触待测点，这种接触式直接测量方法存在成本较高、不易安装，且结构振动过程中传感器容易被损坏等不足。间接振动位移测量技术包括雷达干涉和GPS等，其中，雷达干涉技术安装方便且测量精度较高，但是该技术需要被测物体有相关的反射表面才可以应用，GPS测量技术虽然便于安装，但测量精度较低，误差范围在5-10mm之间。近年来，机器视觉技术快速发展，由于其具有测量精度高、成本低等优点，已逐渐成为结构位移测量的研究热点。基于方形标靶的位移测量方法可以直接提取平面内方形标靶的行边像素或列边像素，并可以快速计算行边或列边的位移变化来计算测量目标在平面内的垂直或水平方向的位移变化。但是目前采用基于方形标靶的位移测量方法中，仍然存在3个问题：1)由于采用图像分割算法提取目标区域或目标边缘来完成位移测量，当系统工作环境发生变化，比如出现光照不均匀、标靶运动模糊、标靶区域污染等时，图像分割效果受到影响，导致位移测量精度下降；2)由于需要处理整个采集图像数据来获取目标位移变化信息，这导致视觉位移测量算法的计算效率较低；3)由于需要借助磁钢触发(也称车轮传感器)来确定结构振动的起始时刻，进而启动位移监测分析工作，这种外触发工作方式，限制了目前位移监测系统的推广应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种结构振动位移监测方法及终端设备，旨在解决现有技术中位移测量精度较低、计算效率较低以及难于推广的问题。为实现上述目的，本专利技术实施例的第一方面提供了一种结构振动位移监测方法，包括：对获取的红色方标靶视频进行视频序列分解，依次得到每一帧图像，所述红色方标靶为黑色方形靶的中心设置红色方形靶标，所述红色方标靶视频为将红色方标靶设置在待测结构上，拍摄的所述待测结构从静止到发生振动再到结束振动的红色方标靶视频；分别抽取每一帧图像的中间行数据和中间列数据，并对得到的第一中间行数据集和第一中间列数据集进行处理，得到所述待测结构发生振动的起始帧号和停止振动的结束帧号；根据所述第一中间行数据集和所述第一中间列数据集，提取所述起始帧号至所述结束帧号之间对应的每帧图像的中间行数据和中间列数据，并分别对构成的第二中间行数据集和第二中间列数据集进行线数据匹配计算，得到每帧图像中红色方形靶标的中心坐标值构成的中心坐标序列值；根据获取的所述红色方形靶标的初始位置信息、实际边长和所述中心坐标序列值，计算得到所述红色方形靶标的实际位移变化值。作为本申请另一实施例，所述对得到的第一中间行数据集和第一中间列数据集进行处理，得到所述待测结构发生振动的起始帧号和停止振动的结束帧号，包括：根据得到的第一中间行数据集和第一中间列数据集，分别计算行振动参数和列振动参数；将所述行振动参数与行振动参数预设阈值进行比较，确定所述待测结构发生振动的第一起始帧号和停止振动的第一结束帧号；将所述列振动参数与列振动参数预设阈值进行比较，确定所述待测结构发生振动的第二起始帧号和停止振动的第二结束帧号；根据所述第一起始帧号和所述第二起始帧号，确定所述待测结构发生振动的起始帧号；根据所述第一结束帧号和所述第二结束帧号，确定所述待测结构停止振动的结束帧号。作为本申请另一实施例，所述根据得到的第一中间行数据集，计算行振动参数，包括：根据计算振动参数；其中，p0表示在第(N+1)帧时刻前连续N帧图像的中间行数据平均值相比于初始静态帧图像的中间行数据的发生变化的振动参数，p1表示在第(N+1)帧图像的中间行数据相比与前面连续N帧图像的中间行数据平均值发生变化的振动参数，p2表示在第N帧时刻后连续N帧图像的中间行数据平均值相比于初始静态帧图像的中间行数据的发生变化的振动参数，ai表示第i帧图像的中间行数据，0≤i≤(2N+1)，a0表示所述起始帧号对应图像的中间行数据，N为正整数。作为本申请另一实施例，所述将所述行振动参数与行振动参数预设阈值进行比较，确定所述待测结构发生振动的第一起始帧号和停止振动的第一结束帧号，包括：当p1>η，同时p0<0.1η时，确定第(N+1)帧时刻为所述待测结构发生振动的时间，第一起始帧号为(N+1)；η表示振动参数预设阈值；当p1>η，同时p3<0.1η时，确定第(N+1)帧时刻为所述待测结构停止振动的时间，第一结束帧号为(N+1)。作为本申请另一实施例，所述根据所述第一起始帧号和所述第二起始帧号，确定所述待测结构发生振动的起始帧号，包括：将所述第一起始帧号和所述第二起始帧号中最小的帧号作为所述待测结构发生振动的起始帧号；所述根据所述第一结束帧号和所述第二结束帧号，确定所述待测结构停止振动的结束帧号，包括：将所述第一结束帧号和所述第二结束帧号中最大的帧号作为所述待测结构停止振动的结束帧号。作为本申请另一实施例，所述分别对构成的第二中间行数据集和第二中间列数据集进行线数据匹配计算，得到每帧图像中红色方形靶标的中心坐标值构成的中心坐标序列值，包括：根据得到第i帧图像中红色方形靶标的中心坐标的横坐标值；其中，cqi表示所述起始帧号对应的图像的中间行数据与振动过程中第i帧图像的中间行数据的像素位置匹配值，si1表示第i帧图像中红色方形靶标的中心坐标的横坐标值，x′表示所述起始帧号对应的图像的中间行数据，xi表示第i帧图像的中间行数据，Re(·)表示复数求实部运算，F-1(·)表示傅里叶逆变换运算，F(·)表示傅里叶变换运算，F*(·)表示傅里叶变换运算中复数求共轭运算；根据得到第i帧图像中红色方形靶标的中心坐标的纵坐标值；其中，cpi表示所述起始帧号对应的图像的中间列数据与振动过程中第i帧图像的中间列数据的像素位置匹配值，si2表示第i帧图像中红色方形靶标的中心坐标的纵坐标值，y′表示所述起始帧号对应的图像的中间列数据，yi表示第i帧图像的中间列数据；根据上述计算第i帧图像的中心坐标的坐标值的方法，分别对构成的第二中间行数据集和第二中间列数据集进行线数据匹配计算，得到每帧图像中红色方形靶标的中心坐标值构成的中心坐标序列值。作为本申请另一实施例，所述根据获取的所述红色方形靶标的初始位置信息、实际边长和所述中心坐标序列值，计算得到所述红色方形靶标的实际位移变化值，包括：获取所述红色方形靶标的初始位置信息和实际边长；根据所述初始位置信息和所述实际边长，计算得到实际位移与图像坐标的比例值；根据所述中心坐标序列值，得到所述红色方形靶标在水平方向的位移变化序列值和在垂直方向的位移变化序列值；将所述比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结构振动位移监测方法，其特征在于，包括：/n对获取的红色方标靶视频进行视频序列分解，依次得到每一帧图像，所述红色方标靶为黑色方形靶的中心设置红色方形靶标，所述红色方标靶视频为将红色方标靶设置在待测结构上，拍摄的所述待测结构从静止到发生振动再到结束振动的红色方标靶视频；/n分别抽取每一帧图像的中间行数据和中间列数据，并对得到的第一中间行数据集和第一中间列数据集进行处理，得到所述待测结构发生振动的起始帧号和停止振动的结束帧号；/n根据所述第一中间行数据集和所述第一中间列数据集，提取所述起始帧号至所述结束帧号之间对应的每帧图像的中间行数据和中间列数据，并分别对构成的第二中间行数据集和第二中间列数据集进行线数据匹配计算，得到每帧图像中红色方形靶标的中心坐标值构成的中心坐标序列值；/n根据获取的所述红色方形靶标的初始位置信息、实际边长和所述中心坐标序列值，计算得到所述红色方形靶标的实际位移变化值。/n

【技术特征摘要】
1.一种结构振动位移监测方法，其特征在于，包括：
对获取的红色方标靶视频进行视频序列分解，依次得到每一帧图像，所述红色方标靶为黑色方形靶的中心设置红色方形靶标，所述红色方标靶视频为将红色方标靶设置在待测结构上，拍摄的所述待测结构从静止到发生振动再到结束振动的红色方标靶视频；
分别抽取每一帧图像的中间行数据和中间列数据，并对得到的第一中间行数据集和第一中间列数据集进行处理，得到所述待测结构发生振动的起始帧号和停止振动的结束帧号；
根据所述第一中间行数据集和所述第一中间列数据集，提取所述起始帧号至所述结束帧号之间对应的每帧图像的中间行数据和中间列数据，并分别对构成的第二中间行数据集和第二中间列数据集进行线数据匹配计算，得到每帧图像中红色方形靶标的中心坐标值构成的中心坐标序列值；
根据获取的所述红色方形靶标的初始位置信息、实际边长和所述中心坐标序列值，计算得到所述红色方形靶标的实际位移变化值。


2.如权利要求1所述的结构振动位移监测方法，其特征在于，所述对得到的第一中间行数据集和第一中间列数据集进行处理，得到所述待测结构发生振动的起始帧号和停止振动的结束帧号，包括：
根据得到的第一中间行数据集和第一中间列数据集，分别计算行振动参数和列振动参数；
将所述行振动参数与行振动参数预设阈值进行比较，确定所述待测结构发生振动的第一起始帧号和停止振动的第一结束帧号；
将所述列振动参数与列振动参数预设阈值进行比较，确定所述待测结构发生振动的第二起始帧号和停止振动的第二结束帧号；
根据所述第一起始帧号和所述第二起始帧号，确定所述待测结构发生振动的起始帧号；
根据所述第一结束帧号和所述第二结束帧号，确定所述待测结构停止振动的结束帧号。


3.如权利要求2所述的结构振动位移监测方法，其特征在于，所述根据得到的第一中间行数据集，计算行振动参数，包括：
根据计算振动参数；
其中，p0表示在第(N+1)帧时刻前连续N帧图像的中间行数据平均值相比于初始静态帧图像的中间行数据的发生变化的振动参数，p1表示在第(N+1)帧图像的中间行数据相比与前面连续N帧图像的中间行数据平均值发生变化的振动参数，p2表示在第N帧时刻后连续N帧图像的中间行数据平均值相比于初始静态帧图像的中间行数据的发生变化的振动参数，ai表示第i帧图像的中间行数据，0≤i≤(2N+1)，a0表示所述起始帧号对应图像的中间行数据，N为正整数。


4.如权利要求3所述的结构振动位移监测方法，其特征在于，所述将所述行振动参数与行振动参数预设阈值进行比较，确定所述待测结构发生振动的第一起始帧号和停止振动的第一结束帧号，包括：
当p1>η，同时p0<0.1η时，确定第(N+1)帧时刻为所述待测结构发生振动的时间，第一起始帧号为(N+1)；η表示振动参数预设阈值；
当p1>η，同时p3<0.1η时，确定第(N+1)帧时刻为所述待测结构停止振动的时间，第一结束帧号为(N+1)。


5.如权利要求4所述的结构振动位移监测方法，其特征在于，所述根据所述第一起始帧号和所述第二起始帧号，确定所述待测结构发生振动的起始帧号，包括：
将所述第一起始帧号和所述第二起始帧号中最小的帧号作为所述待测结构发生振动的起始帧号；
所述根据所述第一结束帧号和所述第二结束帧号，确定所述待测结构停止振动的结束帧号，包括：
将所述第一结束帧号和所述第二结束帧号中最大的帧号作为所述待测结构停止振动的结束帧号。


6.如权利要求1-5中任一项所述的结构振动位移监测方法，其特征在于，所述分别对构成的第二中间行数据集和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王保宪，赵维刚，闫涛，王凯，闫朝勃，李义强，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，河北省交通规划设计院，
类型：发明
国别省市：河北;13