中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的實(shí)踐中，位移是衡量其剛度的關(guān)鍵指標(biāo)，也常常成為監(jiān)測(cè)工作的難點(diǎn)。傳統(tǒng)位移監(jiān)測(cè)方法要么操作復(fù)雜、成本高，要么精度有限、無法覆蓋高頻響應(yīng)；而計(jì)算機(jī)視覺雖然布設(shè)方便，但也面臨精度與視野之間的矛盾、高頻數(shù)據(jù)缺失、標(biāo)定麻煩等一系列問題。
針對(duì)這些痛點(diǎn)，基于加速度與計(jì)算機(jī)視覺多尺度濾波融合的橋梁位移響應(yīng)監(jiān)測(cè)方法應(yīng)運(yùn)而生，旨在取長(zhǎng)補(bǔ)短，實(shí)現(xiàn)高精度、寬頻域、低噪聲的位移響應(yīng)監(jiān)測(cè)，為橋梁健康評(píng)估提供更加可靠的數(shù)據(jù)支撐。
其核心在于將兩種傳感手段的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行深度融合，讓“1+1>2”的監(jiān)測(cè)效果落地生根，設(shè)計(jì)思路如下：
（1）以視覺位移補(bǔ)充準(zhǔn)靜力分量。加速度監(jiān)測(cè)通過二次積分獲取位移時(shí)，往往無法捕捉低頻頻段的位移信號(hào)，而視覺位移恰好能彌補(bǔ)這一短板，為整體位移監(jiān)測(cè)提供穩(wěn)定的低頻基礎(chǔ)；
（2）以加速度完善動(dòng)力分量。計(jì)算機(jī)視覺受采樣頻率限制，難以捕捉橋梁的高頻響應(yīng)，而加速度傳感器可精準(zhǔn)捕捉這部分動(dòng)態(tài)位移，讓監(jiān)測(cè)覆蓋橋梁全頻域響應(yīng)；
（3）通過多尺度濾波完成位移重構(gòu)。對(duì)視覺位移進(jìn)行低通濾波處理，有效濾除光照變化、相機(jī)振動(dòng)帶來的高頻噪聲；對(duì)加速度二次積分后的結(jié)果進(jìn)行高通濾波，抑制低頻漂移帶來的誤差，將兩者求和，即可得到高精度的融合位移數(shù)據(jù)；
（4）創(chuàng)新提出視覺位移自動(dòng)標(biāo)定方法。利用視覺位移與加速度中同頻帶的響應(yīng)信號(hào)，通過最小二乘擬合計(jì)算視覺位移比例因子，無需實(shí)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)尺寸、相機(jī)與測(cè)點(diǎn)的距離，大幅簡(jiǎn)化了實(shí)橋操作流程，有效減少了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工作量，讓技術(shù)更易落地。
相較于現(xiàn)有橋梁位移監(jiān)測(cè)方法，中交路橋科技這套融合監(jiān)測(cè)方法的優(yōu)勢(shì)十分突出，四大核心亮點(diǎn)徹底突破了傳統(tǒng)技術(shù)的局限：
（1）精度更優(yōu)
融合處理后，不僅有效抑制了視覺位移的高頻噪聲，還顯著降低了加速度監(jiān)測(cè)的低頻漂移問題，經(jīng)實(shí)測(cè)驗(yàn)證，時(shí)域誤差最大降幅可達(dá)50%，監(jiān)測(cè)精度實(shí)現(xiàn)質(zhì)的提升；
（2）頻域更寬
能夠精準(zhǔn)捕捉橋梁的高階響應(yīng)，成功彌補(bǔ)了計(jì)算機(jī)視覺在高頻監(jiān)測(cè)中的短板，其頻率識(shí)別結(jié)果與傳統(tǒng)接觸式傳感器保持高度一致，監(jiān)測(cè)可靠性大幅提升；
（3）操作更簡(jiǎn)
自動(dòng)標(biāo)定比例因子的設(shè)計(jì)，無需工作人員靠近橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)尺寸，極大減少了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量，即便在復(fù)雜的實(shí)橋場(chǎng)景中，也能高效完成監(jiān)測(cè)部署；
（4）成本可控
依托常規(guī)消費(fèi)級(jí)視覺傳感器與加速度傳感器，無需投入昂貴的精密設(shè)備，大幅降低了技術(shù)推廣的門檻，更易于在各類橋梁監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中普及應(yīng)用。
總的來說，該方法充分融合了視覺與加速度的互補(bǔ)特性，從根源上緩解了計(jì)算機(jī)視覺在橋梁位移監(jiān)測(cè)中的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)提供了一種精度高、成本低、易實(shí)施的新路徑，也進(jìn)一步推動(dòng)了視覺技術(shù)在橋梁工程中的落地應(yīng)用。
面向未來，中交路橋科技也將持續(xù)探索如何利用少量傳感器提升全域位移監(jiān)測(cè)精度、如何依據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)特性優(yōu)化視覺系統(tǒng)配置、如何進(jìn)一步抑制復(fù)雜環(huán)境噪聲對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響。這些問題的不斷攻克，將推動(dòng)這一方法從實(shí)驗(yàn)室走向更廣泛的工程實(shí)踐。
橋梁健康監(jiān)測(cè)是守護(hù)交通出行安全的重要防線，更是保障基礎(chǔ)設(shè)施長(zhǎng)效運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵支撐。此次研究的突破，不僅讓橋梁位移監(jiān)測(cè)變得更智能、更精準(zhǔn)、更高效，也為未來基礎(chǔ)設(shè)施智慧監(jiān)測(cè)體系的構(gòu)建奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
