(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210597897.5 (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 山东高速集团有限公司 地址 250101 山东省济南市历下区龙奥北 路8号 申请人 山东建筑大学 (72)发明人 亓兴军　丁晓岩　王珊珊　佀贞贞　 孙绪法　 (74)专利代理 机构 山东祺智知识产权代理有限 公司 373 61 专利代理师 孙亚琳 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/13(2020.01) (54)发明名称 一种基于机器视觉和模型修正的桥梁承载 力快速评估方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于机器视觉和模型修 正的桥梁承载力快速评估方法。 其包括两部分， 第一部分为桥梁跨中截面测点振动数据采集和 桥梁有限元模 型修正， 第二部分为桥梁承载力评 估； 应用高分辨率高帧率相机采集车辆移动过程 中和车辆驶离桥梁后桥梁跨中截面测点的振动 图像， 采用图像识别算法识别提取车辆移动过程 中桥梁跨中截面测点的挠度时程数据和车辆驶 离桥梁后桥梁跨中截面测点的自由振动挠度时 程数据， 计算识别得到桥梁跨中截面的实测挠度 影响线和桥梁实测频率， 以实测挠度值和桥梁 频 率为状态变量， 以敏感性分析得到的参数为设计 变量修正优化初始有限元模型， 得到桥梁基准有 限元模型； 基于修正后的基准有限元模型进行桥 梁承载能力评估。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 114997009 A 2022.09.02 CN 114997009 A 1.一种基于 机器视觉和模型修 正的桥梁 承载力快速 评估方法， 其特 征是： 包括两 部分： 第一部分为桥梁跨中截面测点振动数据采集和桥梁有限元模型修正， 其包括如下步 骤： 步骤一： 按照设计图纸和相关规范建立桥梁的初始有限元模型， 采用静力法模拟一辆 加载车驶过桥 面， 获得桥梁跨中截面的理论 挠度影响线和桥梁前二阶理论频率； 步骤二： 利用有限元软件对桥梁设计参数进行敏感性分析， 选择对挠度和频率影响较 大的结构参数作为待修 正参数； 步骤三： 采用一辆加载车以一定速度缓慢行驶通过实 际桥梁， 在跨中截面选择与有限 元模型位置相同的挠度测点， 作为机器视觉测 量点， 应用高分辨率高帧率相 机采集车辆移 动过程中桥梁跨中截面测点的振动图像和车辆驶离桥梁后桥梁跨中截面测点的振动图像； 编制动态图像识别程序， 采用双边滤波算法对图像进 行降噪处理， 利用ACE图像增强算法提 高图像对比度， 将RGB三通道图像转换为单通道图像， 实现图像灰度处理； 采用图像识别算 法识别提取车辆移动过程中桥梁跨中截面测 点的挠度时程曲线和车辆驶离桥梁后桥梁跨 中截面测点的自由振动挠度时程曲线， 分别计算识别得到桥梁实测挠度影响线和频率； 步骤四： 将步骤二中得到的桥梁待修正参数作为设计变量， 将步骤三中得到的实测挠 度影响线和实测频率作为状态变量， 利用实测值与理论 值的差值构造目标函数如式(1)： 式中， ωi、 分别为桥梁第i阶自振频率的计算值和实测值， ui、 分别为桥梁第i个测 点的静力挠度计算 值和实测值； wi、 wi′为权重系数； f为实测与理论 值差值目标函数； 步骤五： 进行有限元计算结果后处理： 分析整理步骤一中所得桥梁理论自振频率和跨 中挠度数据,并与静动载 试验的实测值进行比较,代入目标函数进行计算； 步骤六： 判断目标函数和桥梁结构的反应是否满足优化精度要求： 若满足要求则所采 用的计算参数就是最优的参数值并结束模型修正过程， 用优化后的设计变量修正桥梁初始 有限元模型， 得到能够代表桥梁实际工作状态的基准有限元模型； 若不满足要求则改变桥 梁设计参数值继续进行循环迭代分析直到满足精度要求 为止； 第二部分为 桥梁承载力评估， 其包括如下步骤： 步骤一： 根据 《公路桥梁荷载试验规程》 制定桥梁静载试验方案， 使加载效率在0.95至 1.05之间， 加载车可采用三轴货车， 基于初始有限元模型计算试验荷载下桥梁的理论设计 挠度； 步骤二： 依据静载试验方案的试验荷载， 基于基准有限元模型预测得到试验荷载下桥 梁跨中截面的实测挠度， 该挠度即反映了实际桥梁的结构变形； 步骤三： 采用下面的公式计算桥梁挠度校验系数 利用挠度校验系数评定 桥梁的承载 能力： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114997009 A 2式中： Se为试验荷载作用下基准有限元模型主要测点的实测弹性变位或应变值； Ss为试 验荷载作用下初始有限元模型主 要测点的理论计算变位或应 变值。 2.根据权利要求1所述的基于机器视觉和模型修正的桥梁承载力快速评估方法， 其特 征是： 步骤三中所述的图像识别算法是模板匹配法或光流法或特征点匹配法或基于形状的 匹配或基于深度学习的目标跟踪法。 3.根据权利要求1所述的基于机器视觉和模型修正的桥梁承载力快速评估方法， 其特 征是： 基于车辆驶离桥梁后桥梁跨中截面测点的自由振动挠度时程数据， 采用结构模态参 数识别方法计算识别桥梁的前2 ‑3阶自振频率， 结构模态参数识别方法包括随机子空间识 别法或最小二乘复频域法或频域分解方法或峰值 提取法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114997009 A 3