結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測(cè)是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的重要組成部分,是進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能評(píng)估和健康狀況分析的主要手段。傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量方法需要現(xiàn)場(chǎng)布置傳感器,存在操作繁雜、測(cè)點(diǎn)單一、產(chǎn)生附加荷載、高聳結(jié)構(gòu)安裝困難等缺點(diǎn)。近年來(lái)基于視頻圖像的結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法已成為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)研究的一個(gè)熱點(diǎn),其相對(duì)于傳統(tǒng)的傳感器測(cè)量方法具有非接觸、無(wú)損、操作簡(jiǎn)便、可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離大范圍多點(diǎn)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn),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(cè)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(shí)際工程中的推廣使用。本文針對(duì)現(xiàn)有方法存在的問(wèn)題展開(kāi)了相關(guān)研究,提供一種新的有效的結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法。本文首先介紹了OpenCV開(kāi)發(fā)工具并完成開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建。針對(duì)攝像機(jī)和工業(yè)相機(jī)存在的價(jià)格昂貴、攜帶不便等問(wèn)題,選擇使用智能手機(jī)作為觀測(cè)設(shè)備,采用FFmpeg編程獲得視頻時(shí)間戳的方法解決了手機(jī)視頻可變幀率造成的時(shí)間域難以求解的問(wèn)題。對(duì)張正友相機(jī)標(biāo)定方法進(jìn)行了深入研究,詳細(xì)介紹了標(biāo)定流程及要點(diǎn),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(yuǎn)時(shí)標(biāo)定板在相機(jī)視野比例過(guò)小的問(wèn)題。利用LK光流法實(shí)現(xiàn)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)跟蹤,引入圖像金字... 

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

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【學(xué)位級(jí)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(cè)量方法無(wú)法進(jìn)行[2]。對(duì)于一些輕質(zhì)柔性結(jié)構(gòu)，在其表面安裝傳感器后會(huì)產(chǎn)生附加荷載、改變結(jié)構(gòu)剛度進(jìn)而影響待測(cè)對(duì)象動(dòng)力特性[3]。全站儀法、激光干涉儀法和GPS監(jiān)測(cè)法等其它接觸式測(cè)振方法也均存在和接觸式傳感器相似的問(wèn)題[4]。目前結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測(cè)常用的非接觸測(cè)量方法主要分為兩大類：激光測(cè)振和基于視頻圖像的視覺(jué)測(cè)振方法。激光測(cè)振方法主要基于光的干涉原理，具有精度和靈敏度極高、測(cè)量距離遠(yuǎn)（最長(zhǎng)可達(dá)300m以上）、環(huán)境適應(yīng)性好、無(wú)附加質(zhì)量、測(cè)量頻率高等優(yōu)點(diǎn)[5]。當(dāng)前激光測(cè)振相關(guān)設(shè)備的售價(jià)均非常昂貴，如圖1-2所示的用于橋梁測(cè)振的proldvRSV-150型激光測(cè)振儀市場(chǎng)價(jià)約25萬(wàn)人民幣，此外對(duì)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(jī)械制造領(lǐng)域。圖1-2proldvRSV-150遠(yuǎn)距離激光測(cè)振儀視頻圖像監(jiān)測(cè)是利用視頻圖像得到結(jié)構(gòu)信息的一類監(jiān)測(cè)方法的總稱，是一種既能進(jìn)行位移應(yīng)變等靜態(tài)測(cè)量、也適用于動(dòng)態(tài)特性測(cè)量的非接觸式監(jiān)測(cè)方法，在土木工程中運(yùn)用廣泛，如滑坡形變監(jiān)測(cè)、橋梁撓度觀測(cè)、混凝土裂縫檢測(cè)、隧道襯砌變形監(jiān)測(cè)、路面破損識(shí)別及大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)位移觀測(cè)等[6-8]。視頻圖像振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法相較于傳統(tǒng)的接觸式傳感器測(cè)量方法有以下優(yōu)勢(shì)：（1）操作簡(jiǎn)便，外業(yè)工作量小，勞動(dòng)強(qiáng)度低。（2）非接觸，無(wú)損，不產(chǎn)生附加質(zhì)量，不干擾被測(cè)物自然狀態(tài)，不需尋找固定位移參照物。（3）可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大范圍多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，特別適合測(cè)點(diǎn)眾多的結(jié)構(gòu)。（4）耗材少，測(cè)量成本相對(duì)較低，同時(shí)具有相對(duì)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(jìn)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(dòng)監(jiān)測(cè)方法在實(shí)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(cè)設(shè)備要求高、對(duì)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(cè)方法都需要提前在觀測(cè)對(duì)象上選好目標(biāo)點(diǎn)并設(shè)置標(biāo)靶。標(biāo)靶也稱靶點(diǎn)、標(biāo)志點(diǎn)或標(biāo)識(shí)點(diǎn)，布置在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于一個(gè)特征點(diǎn)，作為后續(xù)識(shí)別、跟蹤和匹配的目標(biāo)，也是最終測(cè)試數(shù)據(jù)的來(lái)源點(diǎn)。標(biāo)靶一般為單色或者黑白相間的高對(duì)比度標(biāo)志，常用的標(biāo)靶類型見(jiàn)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(gè)目的和作用：（1）可以提高觀測(cè)對(duì)象的可視度，便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行識(shí)別、捕捉和跟蹤，避免對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)跟蹤；（2）部分標(biāo)靶可用來(lái)進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，通過(guò)測(cè)量標(biāo)靶實(shí)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(cè)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(guò)程，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)并不是完全意義上的非接觸監(jiān)測(cè)，無(wú)法體現(xiàn)非接觸測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于大橋、高層結(jié)構(gòu)等一些特殊的被測(cè)對(duì)象和現(xiàn)場(chǎng)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(cè)方法都要求使用工業(yè)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3421435