视觉监测系统在隔震支座位移监测上的应用

李生泽,李超,麦麦提明·图尔迪麦麦提,司宁强,叶可奋·马哈提

摘要：现如今工程中隔震支座类型，主要包括天然橡胶支座、铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座、弹性滑板支座、摩擦摆支座及其他隔震支座。隔震支座在安装后受徐变和温度的影响下必然会存在变形的情况，因此对于隔震支座变形的监测也是工程中存在的问题。就监测方式而言存在多种类型，选择合适的监测方式对隔震支座的监测大有裨益。视觉监测系统技术成熟，·监测效果较好。可以在涉及有隔震设计的工程中推广应用。

关键词：隔震支座；视觉监测技术；推广应用

1、隔震支座变形的监测

存在隔震设计的超长、超大混凝土结构受到徐变及温度应力引发的收缩、膨胀变形，导致隔震支座发生水平位移，为了从监测变形情况进一步分析支座受力情况。开展隔震支座水平及竖向位移的持续监测，及时对隔震支座变形情况做以记录。根据监测数据系统的分析隔震支座的位移变形情况。

现阶段对隔震支座的位移监测方法有

2、视觉监测系统

近年来随着科技技术手段在土木工程领域的应用，结构健康监测手段也在更新换代。结构健康监测是通过对目标结构在使用期间内，由于受到各类荷载和结构相应进行监测，从而对结构的健康状态进行分析评估。结构位移是结构的状态评估和性能评价的重要指标。结构的承载力、挠度、变形、影响线等都需要结构位移进行计算。

2.1系统组成

该视觉监视系统由网络摄像头、计算机及处理程序、标志物（靶点）及支架组成。

         

   图、视觉监视系统        图、网络摄像头        图、标志物（靶点）

2.2工作原理

对相机拍摄的被监测结构视频进行目标追踪处理后就可以得到图像中的运动轨迹，然后通过计算机软件进行图像与现实世界的几何关系确定结构的位移信息。具体步骤就是相机标定、特征提取、目标追踪和位移计算。

2.2.1相机标定及特征提取

相机在视觉监测系统中的作用是将三维世界的信息投影到二维世界，得到三维世界和二维世界的投影关系。但是在真正使用的过程中，由于镜片的畸变和装配等原因单纯的小孔成像模型就无法满足要求。因此在我项目需要高精度测量的话就需要进行相机的标定。

（1）、标定方法

1、一般相机标定：相机标定需要估计相机的内参数、畸变系数和外参数。内参数和畸变系数由相机的镜头所决定，相机的设置位置和设置方向决定相机的外参数。三维世界的坐标经过投影到二维坐标后，该过程称为透视变换，公式简化表达为：。

2、简化相机标定：尺度因子法

相机光轴与结构平面垂直时，即光轴与结构平面法线在同一条直线上，尺度因子的计算式为：或者

3、简化相机标定：单位性矩阵法

（1）在结构位移测量中，根据采用的相机、镜头及被监测结构的运动特点，工程人员一般会简化相机标定过程。在该结构位移监测中，用一个相机进行二维平面内的结构位移监测，可将计算公式进一步简化。 

（2）、特征提取

图像的特征是下一步目标追踪的基础，运用该视觉系统进行位移测量时，在确定测量条件及选择好标志物后需要进行图像特征选择和提取，为后续选择相应的追踪算法提供便利。

2.2.2目标追踪

目标追踪的主要任务是根据我们前面选定的图像特征对隔震支座或标志物进行相应的位置追踪，以确定被测结构在拍摄视频或图像序列中每一帧的位置，最终应用计算机处理计算出其在图像中的运动情况。

2.2.3位移计算

通过前面使用网络摄像机拍摄的图像追踪得到被监测结构在图像中的位移，之后要根据相机标定时采取的方法将被测结构在图像中的位移转换成现实三维世界中的实际变形位移。

3、视觉监视系统在项目中的应用情况

现阶段一般采用拉线式位移计测量隔震支座位移。但是拉线式位移计仅能测量隔震支座变形数值，不能准确反应隔震支座变形的方向。项目团队创新采用视觉监测系统，可以完成实现支座变形各项数据以及为严寒地区超长结构隔震支座研究提供真实有效的数据。后续还有很多结构需要进行变形监测如超长结构变形监测、钢结构变形监测、金属屋面变形监测以及道路混凝土的变形监测。在视觉监视系统对隔震支座位移监测的研发中累计经验，为后续结构变形监测提供技术支撑。

在现场安装视觉监测系统后，通过对拍摄的被测结构视频进行目标追踪处理得到在图像中的运动轨迹，再通过图像与现实世界的几何关系确定结构的位移信息。下面是一些视觉监测系统在我项目的研究成果。

         

   图、远程视觉测点在后台显示         图、经位移计算后的实际坐标

通过对以上监测结果的分析，全面掌握了隔震支座的位移情况。制定相关措施，保证隔震支座的健康使用。

结束语：随着科学技术手段在土木工程中的应用，监测方式也在更新换代。视觉监测系统在我项目中推广使用，取得了较好的应用效果。大大减少我项目在隔震支座监测方面的资金投入，也为隔震支座位移计算提供了较全面和准确的数据。为后期隔震支座健康情况的分析提供了数据支撑，提高了工作效率。

参考文献

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[4]、中华人民共和国建筑工业行业标准.建筑隔震橡胶支座JB/T 118-2018.中华人民共和国住房和城乡建设部.