简述视频图像法在桥梁检测中的应用及发展

黄娟娟

(广州大学 土木工程学院,广东 广州 510006)

桥梁在道路交通中扮演着越来越重要的角色,为了提高地面空间的利用率,桥梁成为了人们的首选交通线路,例如立交桥,高架桥,人行天桥等。但桥梁在长期的使用过程中不免会发生各种结构损伤。损伤的因素很多,有可能是人为因素,也有可能是自然灾害[1]。而且,随着我国交通业的快速发展、交通量的剧增以及行车密度和车辆载重越来越多等等,这些都会对桥梁造成一定的结构损伤,所以,定期对桥梁进行检测和维修则十分关键。

桥梁检查包括桥梁的表观检查[2]即桥梁的表面结构裂缝,及其他结构病害,这些表观病害很多情况下我们可以用肉眼去判断。表观检查只能定量的反映桥梁的损坏程度,从而根据相关规范来判断桥梁的使用等级。然而桥梁的损坏不仅是由表观病害引起的,更多的是结构内部的损伤,主要包括结构的承载能力,与之相关的因素包括结构的变形,挠度和裂缝等。这些就必须借助实验的方法来探测。目前检测技术很多,主要包括传统检测技术和无损检测技术；前者主要依赖于动静载试验和现场检测人员的目测,而后者则依靠于现代的传感技术和通信技术,使该方法向着智能化、系统化、快速化的方向发展。文章中的视频图像法就是无损检测技术的一种。

1 视频图像法的基本内容

视频图像法又称数字图像法,其主要内容是将目标图像作为检测和传递的载体,采用录视频的形式将其结构变化前后的图像记录下来,再经过Adobe Premiere软件将录制好的视频按帧数分解成图像序列,再将分解后的图像进行图像处理、图像计算等。其基本原理是：先取结构变化前的一张图片作为基准图像,在对应结构的各种状态采集一组视频,通过Adobe Premiere软件处理将视频分解成图像i序列,经过MATLAB程序处理,将上述彩色图像转换成灰度图像(如图1所示),并运用多项式拟合其亚像素边缘,由于灰度图像在边缘处变化最大即多项式在边缘处导数为0(边缘处取得最大值),并且计算图像中特征区域的变形。最后再将上述得到的变形进行分析处理,换算得到对应结构的振型和频率。

图1 灰度图像

2 视频图像法的优点

随着我国科学技术的快速发展,桥梁检测技术业也获得了突破性的进展。自上世纪九十年代以来,我国桥梁检测技术业获得突飞猛进的发展。检测技术不断地更新,检测方法也不断更新。从以前的传统检测方法(主要依靠人工),到现在利用传感和通信技术检测,视频图像法就是其中的一种,其优点是：一、在技术上具有非接触式,不会对桥梁结构造成二度损害；二、可进行大尺度量测,尤其对大型桥梁,具有优势；三、设备可重复利用性高,这点可以大大减少检测的成本；四、在现场检测上具有现场工作量少、准备工作简单、环境适应性强等特点。综合以上优点,视频法适用于结构动态和静态检测,弥补了传统检测方法中的不足。

3 视频图像法的应用

视频法在土木工程检测行业有了较为广泛的应用。田国伟[3]等人将视频法技术用于振动台的动态位移量测,成功的测量了板式橡胶支座变形量和支座滑动位移参数的测量；黄文[4]将视频法用于索模型识别模态参数,成功的测得该模型的前两阶振型和频率；张盼[5-6]运用视频法测得两跨连续梁模型的模态参数,测得索模型的前三阶振型和频率以及阻尼比；任张晨[7]运用视频图像法做了简支梁的动静载试验,进一步论证了视频图像法在桥梁检测的优势；徐旻杰[8]运用视频图像法检测了斜拉桥的索力,证明桥梁在检测大型桥梁更具有优势。

由于视频法相对传统法具有很大优势。该技术近几年来发展迅速,已有很多学者将该技术运用在土木检测行业上,例如裂缝检测、混凝土变形检测、桥梁变形检测、钢结构挠度变形检测[9]等。虽然上述试验做出了一些成果,但还有更多的理论研究需要进一步开发和研究。

4 视频图像法的发展

技术的发展主要来源于人的需求,有需求才有动力继而才推动着发展。正是由于传统法的耗材大、费时费力等不足,视频图像法才得应运而生。视频图像法则是运用图像作为载体,对图像进行分析、处理、计算等的一种较方便的测量方法。由于视频图像法具有传统法无可比拟的优势,使得视频图像法近年来得到了快速的发展,并已经运用到很多工程领域。其中,在土木工程领域中所用到的地方有钢结构变形检测、桥梁变形检测、混凝土裂缝检测[9]等。然而,对于结构振动检测方面还运用的较少,目前只停留在试验阶段,若要运用到实际工程,还需进行更多的探讨和研究。

5 结语

通过对桥梁的检测可以判断桥梁的运营状态,确保其安全使用。传统的检测技术在精度和便捷性上相对弱势。而视频图像法作为近几年新兴的检测技术。在检测的同时,既保证了检测精度,又节约了检测成本。并且随着计算机技术和科学技术的快速发展,桥梁检测将日趋智能化、快速化、系统化。同时,各学科之间的联系也越来越紧密,一些高新技术的结合必将推动桥梁检测的发展。