[发明专利]一种基于视频监控的桥梁振动测试与动力特性识别方法

摘要

一种基于视频监控的桥梁振动测试与动力特性识别方法，实施流程如下：A.系统搭建、初始配置与位移获取；B.多点结构动态位移获取、连续采集与存储；C.对位移时程数据进行预处理；D.对自由振动响应信号处理获得模态参数。

主权项

1.一种基于视频监控的桥梁振动测试与动力特性识别方法，具体实施步骤如下：A.系统搭建、初始配置与位移获取；A1.确定桥梁上结构动态位移测点数量及位移采集的采样频率，并确定相机型号、镜头参数以及相机架设位置；A2.架设相机并连接计算机设备，调整相机镜头使得所有位移测点目标均出现在相机视野当中；A3.反复调整相机曝光时间和增益值、镜头焦距用以得到位移测点目标的清晰图像；A4.提取位移测点的目标在第一帧图像中的相关区域作为模板，并记录下此时模板在图像中的初始坐标；A5.用实际桥梁中两点的距离除以其在图像中对应两点的距离得到尺度转换系数；B.多点结构动态位移获取、连续采集与存储；B1.用提取出的模板在相机后续拍摄到的图像中进行模板匹配任务，找到模板在t时刻图像中的匹配目标并确定其坐标，用尺度转换系数乘以当前图像中目标与初始图像中目标坐标变化的差值即可得到目标在t时刻的位移；B2.制定动态位移的连续采集及存储策略，确定采样频率及采集时间；B3.对桥梁上多个点的位移进行连续位移采集，重复B3，直至满足B2中制定的采集和存储要求；C.对位移时程数据进行预处理；C1.提取各个测点的位移序列与时间序列得到测量时间内的各个测点在环境激励下的位移时程曲线；C2.选取一个适当的常数去截取振动响应信号，获得一系列不同交点时刻开始的振动响应信号并将其时间起始点移至坐标原点；C3.对一系列振动响应信号进行叠加并平均处理，获得初始位移为上一步中的常数、初始速度为0的自由振动响应信号，重复C3，直到获得所有实际测点的自由振动响应信号；D.对自由振动响应信号处理获得模态参数；D1.根据经验估计多自由度系统模态阶数；D2.根据任一测点的自由振动响应信号，采用延时方法构造出包括实际测点和虚拟测点的自由振动响应矩阵；D3.对D2中的实际测点和虚拟测点再次采用延时办法获得自由振动延时响应矩阵，根据响应与特征值之间的复指数关系对两个响应矩阵建立特征矩阵的数学模型；D4.根据自由振动响应矩阵和自由振动延时响应矩阵之间存在的关系构造出一个仅有一列未知元素的Hessenberg矩阵，并用最小二乘法求解，根据特征矩阵的数学模型和Hessenberg矩阵计算出模态参数，重复D3和D4直到测点数据全部处理；D5.对每个实际测点所得的模态参数进行算术平均或加权平均得到总体模态参数，D1到D5运用存储在计算机中的模态处理程序进行处理。