基于数字散斑相关方法的中小跨径桥梁挠度测量系统研究

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1、公路交通技术2013年10月第5期TechnologyofHighwayandTransportOct．2013No．5基于数字散斑相关方法的中小跨径桥梁挠度测量系统研究孟利波，刘会耕，胡建新(桥梁工程结构动力学国家重点实验室，重庆400067)摘要：针对中小跨径桥梁的挠度测量，研究一套基于数字散斑相关方法的测量系统，并通过实桥试验，比较该系统与全站仪的测量结果，验证数字散斑相关方法在中小桥梁挠度测量中的可行性。关键词：数字散斑相关方法；桥梁挠度；测量文章编号：1009—6477(2013)05—

2、0055～03中图分类号：U442．5文献标识码：AResearchonMeasuringSystemforDeflectionofMediumandSmall-spanBridgesBasedonDigitalSpeckleCorrelationMethodMENGLibo，LIUHuigeng，HUJianxinAbstract：Aimingatthemeasurementfordeflectionofmediumandsmall—spanbridges，thispaperstudiesase

3、tofmeasurementsystembasedondigitalspecklecorrelationmethodandcomparesthissystemwiththeresultofmeasurementbytotal——stationinstrumentviathetestofpracticalbridgestoverifythefeasibilityofdigitalspecklecorelationmethodinmeasurementfordeflectionofmediumands

4、mall—spanbridges．Keywords：digitalspecklecorrelationmethod；deflectionofbridge；measurement数字散斑相关方法是在上世纪80年代初由日以符号，和，2分别表示变形前后的图像，若图本IYamaguchi⋯和美国南卡罗来纳大学的Peters像，中的点(，Y)在图像，'中对应点的坐标为和Ranson等人同时独立提出的，是一种用于测量(+u，Y+)，则它们间的灰度关系为：物体面内位移的非接触光学测量方法，目前已广泛，l(￡，Y

5、)=，2(+“，Y+)。(1)应用于各种结构或材料的变形场测量中。式中，u、'／3均为位移，用列向量P表示为：本文首先介绍基于图像灰度梯度迭代算法的数P=[／Z]。(2)字散斑相关方法，然后介绍基于该方法的中小桥梁对于图像，中的某个区域Q中的每一个点，分挠度测量系统，并通过实桥试验，将该系统与全站仪别取1，2，3，⋯，n，可以得到n个如同式(1)的方的测量结果进行比较，验证该系统在中小桥梁挠度程，它们组成如下方程组：测量中的可行性。(3)1基于图像灰度梯度迭代算法的数字散斑相关方法基于图像灰度梯度

6、迭代算法的数字散斑相关方法由Peng首次提出_9J，并由Meng对该方法进行了通常情况下，式(3)是一个超静定方程，采用修正和完善。该方法主要用于位移场和应变场Newton迭代法求解P，即可得到，图像中点(，Y)测量，而桥梁挠度仅是沿桥梁纵向某截面的刚体位处的位移值。移，无需考虑应变，也不存在场的概念，故本文对原方法进行简化，提高其计算效率，以符合工程测量实2数字散斑相关方法位移测量系统际需求。本文研究的数字散斑相关方法位移测量系统由基金项目：国家自然科学基金(10802106)；973计划前期研

7、究专项课题(2o12cB723807)收稿日期：2013—05—15作者简介：孟利波(1977一)，男，重庆市人，博士，副研究员．56公路交通技术2013血3部分构成：靶面系统、摄像系统和软件系统。利用该测量系统进行桥梁挠度测量的过程如靶面系统由发光靶面、移动台及支架等组成，如下：将靶面系统固定在桥面待测位置，摄像系统固定图1所示，其中移动台由导轨、控制器和反馈光栅组在某个参考位置处，调整摄像机，使靶面清晰成像；成。导轨行程100mm，在控制器和反馈光栅控制下使靶面产生若干个标准高精度位移，并记录

8、每次位可产生微米级精度的位移，测量系统利用该高精度移前后靶面图像；利用标准高精度位移图像对测量位移进行标定。系数进行标定；对桥梁进行加载，并记录每次加载前摄像系统由摄像头和镜头组成，如图2所示，其后靶面图像；利用加载前后靶面图像，计算桥梁挠度。中摄像头选用美国IMPERX公司生产的型号为IPX一1M48一G的CCD相机，分辨率1000X1000，像元3实桥试验尺寸为7．4um，信噪比6OdB；镜头选用日本sigma本文选择重庆绕城高速空港东路互通式立交工公司生产的28～300mm变