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摘要：桥梁挠度是评价桥梁结构稳定性和荷载性能是否良好的一项重要指标，为解决目前桥梁动挠度监测的测量精度不高，实时性监测不足等问题，提出了光电图像技术进行桥梁动挠度检测，满足实时、非接触性、高精度测量等要求。本文主要从低质量图像的高精度变形解算、环境多参数误差校正、结构健康状态评估等方面进行阐述，提高了光电成像挠度测量系统的可靠性。
关键词：光电图像法；桥梁挠度；监测
一、桥梁挠度监测的意义
桥梁是公路和铁路交通中重要的公共基础设施，随着我国国民经济的飞速发展，由于车辆超载、设计施工标准与桥梁日益增长的使用需求不匹配等因素普遍存在，造成桥梁坍塌、断裂等的事故频频发生。在保证了设计、建设安全性能好、可靠性能高的桥梁等重要环节后，如何对已竣工的桥梁进行日常的维护和监测从而避免桥梁在运营过程中发生事故，这些早已成为国际、国内工程界面临的一项重要课题。
桥梁挠度是评价桥梁结构稳定性和荷载性能是否良好的一项重要指标，是桥梁安全性、稳定性以及可靠性检测的重要组成部分，更是桥梁安全性评价的一项重要指标。桥梁挠度变化直接反映了桥梁结构的竖向整体刚度，从桥梁挠度的变化可以得到荷载的冲击系数和桥梁结构内力分布状态，在一定程度上可以判断桥梁的薄弱部分及结构的安全性。针对桥梁的材质、跨度、环境的差异，选择不同的桥梁挠度检测设备和测量方法，对于桥梁的承载能力检测、防震减灾、安全运营具有重要的指导意义。
二、桥梁挠度检测技术
（一）常规检测方法
国内外研究开发了多种桥梁挠度检测的检测原理、测量方法和仪器设备，常见的桥梁挠度测量方法主要有百分表法、水准仪测量法、经纬仪测量法、全站仪测量法、倾角仪测量法、光电图像测量法、连通管测量法、GPS测量法等。利用传统的机械式仪器测量桥梁挠度，或者基于在结构有限点布置传感器反馈数据来推测结构安全状态，具有安装与使用方便、读数可靠等优点，但是一次性投入大，长期维护费用高，观测数据费时且不便于自动记录，光学式仪器相较于传统的机械式仪器，虽然可以得到更高的测量精度，但易受天气情况和测量环境影响且不易实现桥梁挠度的动态实时测量。监测数据的非全息可能遗漏重要信息，传感器的非稳定使监测数据非真实，均可能导致对桥梁结构状态的误判。
（二）光电图像法
光电图像法测量桥梁挠度是一种非接触的现代测量方法，具有可实时测量桥梁的动挠度、测量速度快、精度高等优点。应用数字图像技术获取桥面全息车辆荷载实时作用信息和桥梁结构动静形态全息响应数据，进行结构安全监测，相比常规接触式传感器监测方法，具有经济(无耗使用)、方便(非接触)、全息(全结构区域信息)、可信(数字图像易辨真伪)的显著优势。现有的桥梁动挠度检测设备和方法还存在一些不足之处，在实际测量过程中受到一些限制，因此，对光电图像法进行桥梁动挠度长期监测的相关设备和分析方法开展研究具有十分重要的意义。
三、桥梁挠度光电图像法研究
本着解决目前桥梁动挠度监测的测量精度不高，实时性监测不足等问题，提出了光电图像技术进行桥梁动挠度检测，满足实时、非接触性、高精度测量等要求。光电图像法测量桥梁挠度的系统属于开放性系统，灰尘、雾气、强光等不同的天气因素干扰会影响识别精度，从而影响测量结果的准确性。
基于结构全息形态变化的桥梁安全监测系统，依托静态和动态成像技术，结合先进计算视觉方法，通过非接触式摄影对大型工程结构进行全息形态监测，并通过大数据人工智能技术进行分析得到全息、真实、可信、直观的监测数据，从而为管养运维提供科学合理的理论和技术支撑。
（一）低质量图像的高精度变形解算方法。
光电传感技术测量桥梁动挠度以CCD器件作为衍射光斑接收光屏，成像质量和像点位置的提取直接影响测量结果。合理的图像边缘检测算法是区别物体与物体、物体与背景的重要手段，能够提高桥梁动挠度检测的精度。利用灰度图像分割的算法，对低质量灰度图像用一个阈值进行二值化处理将图像分割成光斑和背景两部分，将灰度图像转化为二值图像方便图像后续处理。以高精度变形解算方法处理低质量图像，可以显著提高桥梁动挠度检测的精度。
（二）环境多参数误差的校正方法。
光电图像挠度监测系统安装在桥梁外部，容易受到灰尘、雾气、强光直射等复杂天气因素的干扰，影响到光电图像效果，造成光电图像识别精度下降，甚至无法识别。通过基于空域的图像灰度变换、伪彩色处理，以及基于频域处理的高/低通滤波、同态滤波等数字图像技术增强光电图像的效果，提高光电图像的对比度、识别精度。研究复杂天气因素干扰对挠度测量系统成像识别精度的影响，可以在图像增强基础上提出误差校正算法提高光电图像的识别精度。
（三）结构健康状态的评估方法。
针对桥梁动挠度测量过程中存在的随机误差和系统误差，分析图像处理时的噪声影响、空气扰动及灰尘散射的影响、电源光强以及偏振光的影响，有效地提高整个光电成像挠度测量系统的可靠性，降低整个桥梁结构状态监测系统的虚/漏报警。合理高效分析桥梁动挠度测量过程中的随机误差和系统误差，可以提高光电成像挠度测量系统的可靠性。
四、结束语
基于光电数字图像技术的桥梁结构安全监测新技术研发符合现代世界数字化、信息化、可视化的发展趋势，是对国家及交通行业的数字化、信息化发展战略的积极响应，是引领城市桥梁全息化、数字化、可视化、精细化管理的先行探索。以高精度变形解算方法处理低质量图像，采用环境多参数方法校正误差提高识别精度，高效分析评估结构健康状态， 可望及时发现结构的安全隐患，对保障桥梁安全运行具有重要意义。
参考文献：
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