基于DICM的橋梁變形非接觸測量方法

陳瀲文 嚴盛龍 王磊

摘要：針對目前橋梁變形測量精度不高或易受到諸多因素制約的現狀，基于數字圖像相關方法（DICM），提出一種改進的位移測量算法。首先利用粒子群算法進行整像素搜索，然后以此搜索結果為初值進行牛頓-拉普森迭代運算，最終實現具有亞像素精度的位移測量。通過數值模擬算例和實橋荷載試驗，驗證該方法的計算效率與計算精度，為橋梁等工程結構變形檢測提供了一種非接觸高精度測量方法。

關鍵詞：橋梁變形測量；數字圖像；粒子群；牛頓-拉普森方法；荷載試驗

DOIDOI：10.11907/rjdk.181150

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2018）010-0169-05

英文摘要Abstract：Aiming at the current situation that bridge deformation measurement accuracy is not high or subject to many factors， this paper proposes an improved displacement measurement algorithm based on digital image correlation method. Firstly， the particle swarm optimization algorithm is used to get the integer pixel displacement information. Secondly， the information is employed as the initial value of Newton-Rapshon method to carry out iterative calculations. Finally， the displacement measurement with sub-pixel accuracy is realized. Through the numerical simulation example and bridge load experimentation， the computational efficiency and accuracy of the method are verified， and the method provides an optional non-contact high-precision measurement method for deformation detection of bridges and other structures.

英文關鍵詞Key Words：bridge deformation measurement； digital image correlation； particle swarm； Newton-Rapshon method； load experimentation

0 引言

荷載作用下橋梁形變是橋梁結構的一項重要指標，它不僅是橋梁檢測與安全評估的參數，也是橋梁結構使用、維修和科學管理的重要參考依據之一[1]。目前，工程結構形變測量方法主要分為兩類：接觸式測量和非接觸式測量。其中接觸式測量方法如百分表、位移傳感器等，需要嚴苛的現場安裝條件（如固定的基準點等）；而非接觸式測量方法如水準儀法、全站儀法等，測量精度一般只能達到0.5mm左右，在很多情況下并不能滿足試驗測量的精度要求。

數字圖像相關方法（Digital Image Correlation Method，DICM）[2-4]作為一種光學測量方法，不僅具有非接觸、精度高、環境要求低等特點，而且還便于實現自動化測量。鑒于其具有諸多優勢，國內外已利用數字圖像相關方法開展橋梁結構變形測量研究，并取得了一定成果。如Vendroux等[5]通過高速攝像機對結構位移進行測量，其精度小于0.15mm；……