簡述視頻圖像法在橋梁檢測中的應用及發展

黃娟娟

(廣州大學 土木工程學院,廣東 廣州 510006)

橋梁在道路交通中扮演著越來越重要的角色,為了提高地面空間的利用率,橋梁成為了人們的首選交通線路,例如立交橋,高架橋,人行天橋等。但橋梁在長期的使用過程中不免會發生各種結構損傷。損傷的因素很多,有可能是人為因素,也有可能是自然災害[1]。而且,隨著我國交通業的快速發展、交通量的劇增以及行車密度和車輛載重越來越多等等,這些都會對橋梁造成一定的結構損傷,所以,定期對橋梁進行檢測和維修則十分關鍵。

橋梁檢查包括橋梁的表觀檢查[2]即橋梁的表面結構裂縫,及其他結構病害,這些表觀病害很多情況下我們可以用肉眼去判斷。表觀檢查只能定量的反映橋梁的損壞程度,從而根據相關規范來判斷橋梁的使用等級。然而橋梁的損壞不僅是由表觀病害引起的,更多的是結構內部的損傷,主要包括結構的承載能力,與之相關的因素包括結構的變形,撓度和裂縫等。這些就必須借助實驗的方法來探測。目前檢測技術很多,主要包括傳統檢測技術和無損檢測技術；前者主要依賴于動靜載試驗和現場檢測人員的目測,而后者則依靠于現代的傳感技術和通信技術,使該方法向著智能化、系統化、快速化的方向發展。文章中的視頻圖像法就是無損檢測技術的一種。

1 視頻圖像法的基本內容

視頻圖像法又稱數字圖像法,其主要內容是將目標圖像作為檢測和傳遞的載體,采用錄視頻的形式將其結構變化前后的圖像記錄下來,再經過Adobe Premiere軟件將錄制好的視頻按幀數分解成圖像序列,再將分解后的圖像進行圖像處理、圖像計算等。其基本原理是：先取結構變化前的一張圖片作為基準圖像,在對應結構的各種狀態采集一組視頻,通過Adobe Premiere軟件處理將視頻分解成圖像i序列,經過MATLAB程序處理,將上述彩色圖像轉換成灰度圖像(如圖1所示),并運用多項式擬合其亞像素邊緣,由于灰度圖像在邊緣處變化最大即多項式在邊緣處導數為0(邊緣處取得最大值),并且計算圖像中特征區域的變形。最后再將上述得到的變形進行分析處理,換算得到對應結構的振型和頻率。

圖1 灰度圖像

2 視頻圖像法的優點

隨著我國科學技術的快速發展,橋梁檢測技術業也獲得了突破性的進展。自上世紀九十年代以來,我國橋梁檢測技術業獲得突飛猛進的發展。檢測技術不斷地更新,檢測方法也不斷更新。從以前的傳統檢測方法(主要依靠人工),到現在利用傳感和通信技術檢測,視頻圖像法就是其中的一種,其優點是：一、在技術上具有非接觸式,不會對橋梁結構造成二度損害；二、可進行大尺度量測,尤其對大型橋梁,具有優勢；三、設備可重復利用性高,這點可以大大減少檢測的成本；四、在現場檢測上具有現場工作量少、準備工作簡單、環境適應性強等特點。綜合以上優點,視頻法適用于結構動態和靜態檢測,彌補了傳統檢測方法中的不足。

3 視頻圖像法的應用

視頻法在土木工程檢測行業有了較為廣泛的應用。田國偉[3]等人將視頻法技術用于振動臺的動態位移量測,成功的測量了板式橡膠支座變形量和支座滑動位移參數的測量；黃文[4]將視頻法用于索模型識別模態參數,成功的測得該模型的前兩階振型和頻率；張盼[5-6]運用視頻法測得兩跨連續梁模型的模態參數,測得索模型的前三階振型和頻率以及阻尼比；任張晨[7]運用視頻圖像法做了簡支梁的動靜載試驗,進一步論證了視頻圖像法在橋梁檢測的優勢；徐旻杰[8]運用視頻圖像法檢測了斜拉橋的索力,證明橋梁在檢測大型橋梁更具有優勢。

由于視頻法相對傳統法具有很大優勢。該技術近幾年來發展迅速,已有很多學者將該技術運用在土木檢測行業上,例如裂縫檢測、混凝土變形檢測、橋梁變形檢測、鋼結構撓度變形檢測[9]等。雖然上述試驗做出了一些成果,但還有更多的理論研究需要進一步開發和研究。

4 視頻圖像法的發展

技術的發展主要來源于人的需求,有需求才有動力繼而才推動著發展。正是由于傳統法的耗材大、費時費力等不足,視頻圖像法才得應運而生。視頻圖像法則是運用圖像作為載體,對圖像進行分析、處理、計算等的一種較方便的測量方法。由于視頻圖像法具有傳統法無可比擬的優勢,使得視頻圖像法近年來得到了快速的發展,并已經運用到很多工程領域。其中,在土木工程領域中所用到的地方有鋼結構變形檢測、橋梁變形檢測、混凝土裂縫檢測[9]等。然而,對于結構振動檢測方面還運用的較少,目前只停留在試驗階段,若要運用到實際工程,還需進行更多的探討和研究。

5 結語

通過對橋梁的檢測可以判斷橋梁的運營狀態,確保其安全使用。傳統的檢測技術在精度和便捷性上相對弱勢。而視頻圖像法作為近幾年新興的檢測技術。在檢測的同時,既保證了檢測精度,又節約了檢測成本。并且隨著計算機技術和科學技術的快速發展,橋梁檢測將日趨智能化、快速化、系統化。同時,各學科之間的聯系也越來越緊密,一些高新技術的結合必將推動橋梁檢測的發展。