結(jié)構(gòu)振動監(jiān)測是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域的重要組成部分,是進行結(jié)構(gòu)動態(tài)性能評估和健康狀況分析的主要手段。傳統(tǒng)的接觸式測量方法需要現(xiàn)場布置傳感器,存在操作繁雜、測點單一、產(chǎn)生附加荷載、高聳結(jié)構(gòu)安裝困難等缺點。近年來基于視頻圖像的結(jié)構(gòu)振動監(jiān)測方法已成為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測研究的一個熱點,其相對于傳統(tǒng)的傳感器測量方法具有非接觸、無損、操作簡便、可實現(xiàn)遠距離大范圍多點監(jiān)測等優(yōu)點,但普遍需要在結(jié)構(gòu)上設(shè)置標(biāo)靶、不屬于真正的“非接觸測量”,此外該類方法還存在設(shè)備要求高、易受環(huán)境背景和光線影響等缺陷,限制了其在實際工程中的推廣使用。本文針對現(xiàn)有方法存在的問題展開了相關(guān)研究,提供一種新的有效的結(jié)構(gòu)振動監(jiān)測方法。本文首先介紹了OpenCV開發(fā)工具并完成開發(fā)環(huán)境的搭建。針對攝像機和工業(yè)相機存在的價格昂貴、攜帶不便等問題,選擇使用智能手機作為觀測設(shè)備,采用FFmpeg編程獲得視頻時間戳的方法解決了手機視頻可變幀率造成的時間域難以求解的問題。對張正友相機標(biāo)定方法進行了深入研究,詳細介紹了標(biāo)定流程及要點,提出一種新的標(biāo)定板擺放方法,有效解決了結(jié)構(gòu)距離較遠時標(biāo)定板在相機視野比例過小的問題。利用LK光流法實現(xiàn)點的運動跟蹤,引入圖像金字... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

傳統(tǒng)接觸式傳

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-2-高溫、輻射環(huán)境，傳感器安裝困難，傳統(tǒng)接觸式測量方法無法進行[2]。對于一些輕質(zhì)柔性結(jié)構(gòu)，在其表面安裝傳感器后會產(chǎn)生附加荷載、改變結(jié)構(gòu)剛度進而影響待測對象動力特性[3]。全站儀法、激光干涉儀法和GPS監(jiān)測法等其它接觸式測振方法也均存在和接觸式傳感器相似的問題[4]。目前結(jié)構(gòu)振動監(jiān)測常用的非接觸測量方法主要分為兩大類：激光測振和基于視頻圖像的視覺測振方法。激光測振方法主要基于光的干涉原理，具有精度和靈敏度極高、測量距離遠（最長可達300m以上）、環(huán)境適應(yīng)性好、無附加質(zhì)量、測量頻率高等優(yōu)點[5]。當(dāng)前激光測振相關(guān)設(shè)備的售價均非常昂貴，如圖1-2所示的用于橋梁測振的proldvRSV-150型激光測振儀市場價約25萬人民幣，此外對操作人員專業(yè)性的要求也較高，極大制約了其在土木工程中的大范圍推廣和應(yīng)用，目前常用于航空航天和機械制造領(lǐng)域。圖1-2proldvRSV-150遠距離激光測振儀視頻圖像監(jiān)測是利用視頻圖像得到結(jié)構(gòu)信息的一類監(jiān)測方法的總稱，是一種既能進行位移應(yīng)變等靜態(tài)測量、也適用于動態(tài)特性測量的非接觸式監(jiān)測方法，在土木工程中運用廣泛，如滑坡形變監(jiān)測、橋梁撓度觀測、混凝土裂縫檢測、隧道襯砌變形監(jiān)測、路面破損識別及大型風(fēng)力發(fā)電機的動態(tài)位移觀測等[6-8]。視頻圖像振動監(jiān)測方法相較于傳統(tǒng)的接觸式傳感器測量方法有以下優(yōu)勢：（1）操作簡便，外業(yè)工作量小，勞動強度低。（2）非接觸，無損，不產(chǎn)生附加質(zhì)量，不干擾被測物自然狀態(tài)，不需尋找固定位移參照物。（3）可實現(xiàn)遠距離、大范圍多點監(jiān)測，特別適合測點眾多的結(jié)構(gòu)。（4）耗材少，測量成本相對較低，同時具有相對高的精度和可靠性。（5）視頻圖像保存便利，方便日后檢查和進行新的分析。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-3-現(xiàn)有的視頻圖像振動監(jiān)測方法在實際應(yīng)用中也還存在諸多缺陷和不足，包括需要設(shè)置標(biāo)靶、監(jiān)測設(shè)備要求高、對環(huán)境光線和背景要求高等。目前絕大部分基于視頻圖像的監(jiān)測方法都需要提前在觀測對象上選好目標(biāo)點并設(shè)置標(biāo)靶。標(biāo)靶也稱靶點、標(biāo)志點或標(biāo)識點，布置在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于一個特征點，作為后續(xù)識別、跟蹤和匹配的目標(biāo)，也是最終測試數(shù)據(jù)的來源點。標(biāo)靶一般為單色或者黑白相間的高對比度標(biāo)志，常用的標(biāo)靶類型見圖1-3，包括黑底白圓、二維碼、黑白格和十字架等。設(shè)置標(biāo)靶主要有兩個目的和作用：（1）可以提高觀測對象的可視度，便于計算機進行識別、捕捉和跟蹤，避免對整個結(jié)構(gòu)整體進行運動跟蹤；（2）部分標(biāo)靶可用來進行相機標(biāo)定，通過測量標(biāo)靶實際尺寸和像素尺寸求解得到像素坐標(biāo)到物理坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換系數(shù)/比例因子。a)黑白相間同心圓[9]34b)二維碼[10]c)黑白條格[11]d)黑底白方格[12]圖1-3視頻圖像監(jiān)測常用標(biāo)靶類型由于標(biāo)靶存在與傳統(tǒng)傳感器類似的安裝過程，嚴格來說并不是完全意義上的非接觸監(jiān)測，無法體現(xiàn)非接觸測量的優(yōu)勢，對于大橋、高層結(jié)構(gòu)等一些特殊的被測對象和現(xiàn)場環(huán)境，標(biāo)靶安裝難度大。除了需要設(shè)置標(biāo)靶外，目前大部分視頻圖像監(jiān)測方法都要求使用工業(yè)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]人工智能時代的土木工程[J]. 鮑躍全,李惠.  土木工程學(xué)報. 2019(05)
[2]基于計算機視覺的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)識別[J]. 周穎,張立迅,劉彤,龔順明.  土木工程學(xué)報. 2018(11)
[3]MediaInfo工具在視頻文件管理中的應(yīng)用[J]. 姜文,劉立康.  計算機技術(shù)與發(fā)展. 2018(04)
[4]計算機視覺的發(fā)展之路[J]. 王生進.  人工智能. 2017 (06)
[5]非接觸式測振技術(shù)最新進展及應(yīng)用——2016非接觸式激光測振國際會議評述[J]. 茹寧,張力.  計測技術(shù). 2016(06)
[6]基于局部不變特征與Camshift復(fù)雜環(huán)境跟蹤技術(shù)研究[J]. 厲丹,鮑蓉,黨向盈,程德強.  現(xiàn)代電子技術(shù). 2016(19)
[7]邊緣識別的二維正交多項式擬合及結(jié)構(gòu)變形檢測[J]. 袁向榮.  圖學(xué)學(xué)報. 2014(01)
[8]結(jié)構(gòu)動位移測試的計算機視覺方法實現(xiàn)[J]. 季云峰.  同濟大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2013(11)
[9]無目標(biāo)計算機視覺技術(shù)在斜拉索振動測試中的應(yīng)用研究[J]. 季云峰.  振動與沖擊. 2013(20)
[10]基于FFMPEG解碼的音視頻同步實現(xiàn)[J]. 劉麗霞,邊金松,張琍,穆森.  計算機工程與設(shè)計. 2013(06)

碩士論文
[1]基于計算機視覺的結(jié)構(gòu)振動測試與模態(tài)參數(shù)識別[D]. Kabirov Vadim.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019
[2]基于雙坐標(biāo)系的立體視覺三維位移測量方法[D]. 薛志林.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[3]基于立體視覺的結(jié)構(gòu)變形全過程測量方法[D]. 袁文廳.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[4]基于數(shù)字圖像與特征點的結(jié)構(gòu)位移與應(yīng)變監(jiān)測方法[D]. 崔燕.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014



本文編號：3421435