基于机器视觉测量的空心板梁桥铰缝损伤识别方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于机器视觉测量的空心板梁桥铰缝损伤识别方法，包括步骤：S1.建立待测空心板梁桥的三维实体模型；S2.测量随机车流下空心板梁桥铰缝两侧板的垂直位移数据；S3.对测量得到的垂直位移数据进行处理，并提取与空心板梁桥铰缝损伤相对应的相对位移比；S4.计算相对位移比对应的空心板梁桥铰缝刚度折减系数，并根据计算得到的铰缝刚度折减系数对空心板梁桥铰缝损伤程度进行定量评价。本发明专利技术使用的机器视觉测量设备具备边缘计算能力，能测量结构的微小变形，具有软件可配置、通讯灵活便捷、功耗低的特点。通过该测量仪，实现结构微变的采集与监控。

【技术实现步骤摘要】
基于机器视觉测量的空心板梁桥铰缝损伤识别方法及系统
本专利技术涉及机器视觉测量
，尤其涉及基于机器视觉测量的空心板梁桥铰缝损伤识别方法及系统。
技术介绍
近年来我国交通运输事业迅速发展，公路桥梁建设取得了巨大成就。截至2019年末，全国共有公路桥梁87.83万座，其中中小桥占比达86.90％。空心板梁桥是上世纪90年代兴起的一种中小跨径桥型，广泛分布于各类公路和城市道路系统中，其具有建筑高度低、预制方便、用材经济等特点，是中小跨径桥梁中最常见的桥型之一，在现役桥梁中占到60％以上。铰缝是空心板梁桥实现多片主梁协同受力的部件，起着传递梁板间横向内力并约束位移的作用。国内近二十年的工程实践发现，空心板梁桥铰缝损伤病害多发，对桥梁上部结构的整体受力性能造成不利影响，导致其他次生病害，危及桥梁安全。传统的空心板桥铰缝损伤识别主要通过人工目测或荷载试验的方法进行。人工目测通过观察梁底铰缝是否有渗水痕迹或桥面是否存在纵向裂缝来判断铰缝是否开裂，在铰缝未完全脱开的情况下，不能给出定量的损伤程度判定结果。荷载试验法判断铰缝损伤的方式是对横向分布系数进行分析，判断剪力的传递是否正常，这种方法需封闭交通，现场检测工作量大，成本较高。针对以上弊端，工程师们逐渐开始采用结构指纹识别的方法来判断铰缝损伤程度，该方法通过对整个结构反应信息进行采集以及数据分析来了解结构状况，从而进行损伤识别与判定。目前结构指纹识别法有基于静力检测数据的相对位移法和基于动力特性的影响分析法两种。相对位移法多采用接触式测量装置对铰接缝损伤进行识别，动力特性影响法则基于铰缝损伤对结构动力特性影响的分析，运用动力学方法对铰缝损伤进行识别，但对铰缝损伤敏感的结构横向模态振型较难通过试验识别，因而可操作性不强。综上所述，传统的人工目测、荷载试验以及目前的基于结构指纹的损伤识别技术存在不同程度的缺陷，因此亟待提出一种新型的铰缝损伤识别方法以实现高效、可靠、准确的铰缝损伤检测。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷，提供了基于机器视觉测量的空心板梁桥铰缝损伤识别方法及系统。为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：基于机器视觉测量的空心板梁桥铰缝损伤识别方法，包括步骤：S1.建立待测空心板梁桥的三维实体模型；S2.测量随机车流下空心板梁桥铰缝两侧板的垂直位移数据；S3.对测量得到的垂直位移数据进行处理，并提取与空心板梁桥铰缝损伤相对应的相对位移比；S4.计算相对位移比对应的空心板梁桥铰缝刚度折减系数，并根据计算得到的铰缝刚度折减系数对空心板梁桥铰缝损伤程度进行定量评价。进一步的，所述步骤S1具体为：S11.收集待测桥梁图纸资料及勘察现场，并初步确定有损伤的铰缝，根据确定的有损伤的铰缝建立空心板梁三维实体模型；S12.通过折减铰缝粘结刚度模拟建立的三维实体模型中不同程度的铰缝损伤，并定义铰缝刚度折减系数β为损伤后铰缝刚度/无损铰缝刚度，在损伤铰缝相邻一侧空心板处加载集中力；S13.定义铰缝相对位移比α为结构指纹，并绘制相对位移比α与铰缝刚度折减系数β的关系曲线。进一步的，所述步骤S13中铰缝相对位移比α，表示为：其中，F1、F2表示受损铰缝两侧板的垂直位移数据。进一步的，所述步骤S2具体为：S21.将靶标固定于待测空心板梁下方；S22.将机器视觉测量设备设置于待测空心板梁桥下方，并对机器视觉测量设备进行本地调试与设置；S23.接收机器视觉测量设备对靶标监测的数据，当固定于待测空心板梁桥下方的靶标发生位移时，得到待测空心板梁的垂直位移数据F1、F2。进一步的，所述步骤S3具体为：S31.对步骤S23中得到的待测空心板梁的垂直位移数据F1、F2进行预处理，并记录在随机车流作用下某一靶标对各车辆事件数据的位移响应；S32.定义所有车辆事件的平均位移数据|F1+F2|/2为横坐标，铰缝位移差|F1-F2|为纵坐标，根据定义的横坐标和纵坐标绘制散点图，得到拟合曲线的斜率即为相对位移比α。进一步的，所述步骤S32之前还包括：根据实际情况设置铰缝位移差阈值，剔除小于铰缝位移差阈值的车辆事件数据。进一步的，所述步骤S4具体为：S41.根据绘制的相对位移比α与铰缝刚度折减系数β的关系曲线，计算步骤S32中得到的相对位移比α对应的铰缝刚度折减系数β；S42.根据计算得到的铰缝刚度折减系数β判定铰缝损伤程度及所需采取的维修措施。相应的，还提供基于机器视觉测量的空心板梁桥铰缝损伤识别系统，包括：建立模块，用于建立待测空心板梁桥的三维实体模型；测量模块，用于测量随机车流下空心板梁桥铰缝两侧板的垂直位移数据；处理模块，用于对测量得到的垂直位移数据进行处理，并提取与空心板梁桥铰缝损伤相对应的相对位移比；评价模块，用于计算相对位移比对应的空心板梁桥铰缝刚度折减系数，并根据计算得到的铰缝刚度折减系数对空心板梁桥铰缝损伤程度进行定量评价。进一步的，所述建立模块具体包括：收集模块，用于收集待测桥梁图纸资料及勘察现场，并初步确定有损伤的铰缝，根据确定的有损伤的铰缝建立空心板梁三维实体模型；模拟模块，用于通过折减铰缝粘结刚度模拟建立的三维实体模型中不同程度的铰缝损伤，并定义铰缝刚度折减系数β为损伤后铰缝刚度/无损铰缝刚度，在损伤铰缝相邻一侧空心板处加载集中力；绘制模块，用于定义铰缝相对位移比α为结构指纹，并绘制相对位移比α与铰缝刚度折减系数β的关系曲线。进一步的，所述测量模块具体包括：第一设置模块，用于将靶标固定于待测空心板梁下方；第二设置模块，用于将机器视觉测量设备设置于待测空心板梁桥下方，并对机器视觉测量设备进行本地调试与设置；接收模块，用于接收机器视觉测量设备对靶标监测的数据，当固定于待测空心板梁桥下方的靶标发生位移时，得到待测空心板梁的垂直位移数据F1、F2。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术使用的机器视觉测量设备具备边缘计算能力，能测量结构的微小变形，具有软件可配置、通讯灵活便捷、功耗低的特点。通过该测量仪，实现结构微变的采集与监控；2、解决了传统人工目测检测效率低、漏检事件多的缺点；3、解决了传统荷载试验需封闭交通、现场工作量大、试验成本高的缺点；4、解决了传统接触式检测方法适用范围小，安装工作复杂的缺点；5、解决了传统非接触检测方法测试难度大、可操作性不强的缺点；6、选取相对位移比α作为空心板梁桥铰缝损伤识别指纹，该指标可通过长期监测随机车流荷载下的位移响应得到，若已有桥梁健康监测系统，则可通过已有监测数据进行铰缝长期损伤的定量评价；7、相较于其他测量方法，铰缝损伤程度识别精度高、成本低、操作简单。附图说明图1是实施例一提供的基于机器视觉测量的空心板梁桥铰缝损伤识别方法流程图；图2是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于机器视觉测量的空心板梁桥铰缝损伤识别方法，其特征在于，包括步骤：/nS1.建立待测空心板梁桥的三维实体模型；/nS2.测量随机车流下空心板梁桥铰缝两侧板的垂直位移数据；/nS3.对测量得到的垂直位移数据进行处理，并提取与空心板梁桥铰缝损伤相对应的相对位移比；/nS4.计算相对位移比对应的空心板梁桥铰缝刚度折减系数，并根据计算得到的铰缝刚度折减系数对空心板梁桥铰缝损伤程度进行定量评价。/n

【技术特征摘要】
1.基于机器视觉测量的空心板梁桥铰缝损伤识别方法，其特征在于，包括步骤：
S1.建立待测空心板梁桥的三维实体模型；
S2.测量随机车流下空心板梁桥铰缝两侧板的垂直位移数据；
S3.对测量得到的垂直位移数据进行处理，并提取与空心板梁桥铰缝损伤相对应的相对位移比；
S4.计算相对位移比对应的空心板梁桥铰缝刚度折减系数，并根据计算得到的铰缝刚度折减系数对空心板梁桥铰缝损伤程度进行定量评价。


2.根据权利要求1所述的基于机器视觉测量的空心板梁桥铰缝损伤识别方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：
S11.收集待测桥梁图纸资料及勘察现场，并初步确定有损伤的铰缝，根据确定的有损伤的铰缝建立空心板梁三维实体模型；
S12.通过折减铰缝粘结刚度模拟建立的三维实体模型中不同程度的铰缝损伤，并定义铰缝刚度折减系数β为损伤后铰缝刚度/无损铰缝刚度，在损伤铰缝相邻一侧空心板处加载集中力；
S13.定义铰缝相对位移比α为结构指纹，并绘制相对位移比α与铰缝刚度折减系数β的关系曲线。


3.根据权利要求2所述的基于机器视觉测量的空心板梁桥铰缝损伤识别方法，其特征在于，所述步骤S13中铰缝相对位移比α，表示为：



其中，F1、F2表示受损铰缝两侧板的垂直位移数据。


4.根据权利要求3所述的基于机器视觉测量的空心板梁桥铰缝损伤识别方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
S21.将靶标固定于待测空心板梁下方；
S22.将机器视觉测量设备设置于待测空心板梁桥下方，并对机器视觉测量设备进行本地调试与设置；
S23.接收机器视觉测量设备对靶标监测的数据，当固定于待测空心板梁桥下方的靶标发生位移时，得到待测空心板梁的垂直位移数据F1、F2。


5.根据权利要求4所述的基于机器视觉测量的空心板梁桥铰缝损伤识别方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
S31.对步骤S23中得到的待测空心板梁的垂直位移数据F1、F2进行预处理，并记录在随机车流作用下某一靶标对各车辆事件数据的位移响应；
S32.定义所有车辆事件的平均位移数据|F1+F2|/2为横坐标，铰缝位移差|F1-F2|为纵坐标，根据定义的横坐标和纵坐标绘制散点图，得到拟合曲线的斜率即...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡皓，李晓娅，陈嘉琪，王吉吉，叶品，洪华，张勇，董传智，
申请(专利权)人：浙江省交通运输科学研究院，
类型：发明
国别省市：浙江;33