一种基于计算机视觉的中小跨径混凝土小箱梁桥重载识别系统的制作方法

1.本发明涉及桥梁工程技术领域，具体地说是一种基于计算机视觉的中小跨径混凝土小箱梁桥重载识别系统。


背景技术：

2.一般的，随着经济的发展，大量的客运或者货运车辆存在超重超载现象。长期超负荷的运营容易对桥梁结构易造成极大的损害，会严重降低桥梁的寿命，对人民的生命财产安全造成严重的损害。
3.目前用来获取车辆重量的方法主要有动态称重技术(wim :weigh-in-motion)以及桥梁动态称重技术(bwim: bridge weigh in motion)两种，其中wim可以准确识别车辆荷载的能力，但安装时需要中断交通且造价较高；而bwim在同时识别车辆荷载的同时也可以对桥梁结构进行健康监测，但其要在桥下安装大量的传感器，施工较为繁琐。


技术实现要素：

4.本发明的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种基于计算机视觉的中小跨径混凝土小箱梁桥重载识别系统。
5.随着计算机计算能力的提高以及镜头和相机的优化与普及，计算机视觉取得了巨大的发展，在许多领域取得了突破性的进展。本发明基于计算机视觉开发一种中小跨径混凝土小箱梁重载识别系统，实现桥面重载交通的识别及预警。
6.本发明的技术方案是按以下方式实现的，本发明的一种基于计算机视觉的中小跨径混凝土小箱梁桥重载识别系统，包括桥下的视觉动位移称重系统和桥上的车辆视觉采集模块，桥下的视觉动位移称重系统，是通过桥梁动位移重载计算模块对桥梁的跨中动位移进行解算，获取桥面的重量信息；其中动位移的获取采用基于计算机视觉的有靶标式测量，采用视觉技术获取得到的位移，做到所见即所得，能够缩小误差，可信度得到提高；桥上的车辆视觉采集模块，是通过依托桥上的高位装置安装高精度摄像头，获取来往行驶车辆位置信息；通过判定车辆行驶过动位移称重系统的时间戳及车速信息反馈至车辆重载识别系统，车辆重载识别系统对车辆重量进行修正与计算，得到精准的车辆重载值。
7.桥上的车辆视觉采集模块，架构在桥梁护栏侧的加固及监控杆上，桥上的车辆视觉采集模块由高清相机匹配高清镜头构成；桥上的车辆视觉采集模块获取桥上的来往行驶车辆的图像信息，并传输给桥梁动位移重载计算模块。
8.桥上的车辆视觉采集模块中还包含车辆信息计算模块，车辆信息计算模块由车辆目标检测算法、车轮检测算法、以及车速计算策略架构而成。
9.桥梁动位移重载计算模块，获得桥上的车辆视觉采集模块所采集到的来往行驶车
辆每帧图片的采集，匹配时间戳，基于几何匹配的目标跟踪算法对桥梁动位移重载进行计算，并通过有限元模型标定计算结果；将有限元模型标定结果传输到车辆重载识别系统，车辆重载识别系统匹配车辆轴数、车辆行驶速度、以及车辆总重，得到车辆重载值。
10.对桥梁动位移重载计算模块得到的车辆重载值的数据进行流程化处理与标准化输出。
11.动位移的获取还可以采用通过加速度二次积分的方式获取位移。
12.本发明与现有技术相比所产生的有益效果是：本发明的一种基于计算机视觉的中小跨径混凝土小箱梁桥重载识别系统，全部采用计算机视觉技术，设备具有高精度以及标准化等特点，且施工方便，后续的数据格式也为标准格式，易于流程化处理与标准化输出；本发明营造了一种便携式桥梁动态称重的范式，且施工简便，有利于进一步推广应用，价值空间巨大。
13.本发明的一种基于计算机视觉的中小跨径混凝土小箱梁桥重载识别系统设计合理、涉及设备结构组装简单、运行安全可靠、使用方便、易于维护，具有很好的推广使用价值。
附图说明
14.附图1是本发明的一种基于计算机视觉的中小跨径混凝土小箱梁桥重载识别系统的组织架构示意图。
15.附图2是本发明的一种基于计算机视觉的中小跨径混凝土小箱梁桥重载识别系统的桥梁跨中截面示意图。
16.附图3是本发明的一种基于计算机视觉的中小跨径混凝土小箱梁桥重载识别系统的桥梁桥体配置编码标识灯、视觉挠度计、工业路由器等设备的配置示意图。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明的一种基于计算机视觉的中小跨径混凝土小箱梁桥重载识别系统作以下详细说明。
18.如附图所示，本发明的一种基于计算机视觉的中小跨径混凝土小箱梁桥重载识别系统，包括桥下的视觉动位移称重系统和桥上的车辆视觉采集模块，桥下的视觉动位移称重系统，是通过桥梁动位移重载计算模块对桥梁的跨中动位移进行解算，获取桥面的重量信息；其中动位移的获取采用基于计算机视觉的有靶标式测量，采用视觉技术获取得到的位移，做到所见即所得，能够缩小误差，可信度得到提高；桥上的车辆视觉采集模块，是通过依托桥上的高位装置安装高精度摄像头，获取来往行驶车辆位置信息；通过判定车辆行驶过动位移称重系统的时间戳及车速信息反馈至车辆重载识别系统，车辆重载识别系统对车辆重量进行修正与计算，得到精准的车辆重载值。
19.桥上的车辆视觉采集模块，架构在桥梁护栏侧的加固及监控杆上，桥上的车辆视觉采集模块由高清相机匹配高清镜头构成；桥上的车辆视觉采集模块获取桥上的来往行驶车辆的图像信息，并传输给桥梁动位移重载计算模块。
20.桥上的车辆视觉采集模块中还包含车辆信息计算模块，车辆信息计算模块由车辆
目标检测算法、车轮检测算法、以及车速计算策略架构而成。
21.桥梁动位移重载计算模块，获得桥上的车辆视觉采集模块所采集到的来往行驶车辆每帧图片的采集，匹配时间戳，基于几何匹配的目标跟踪算法对桥梁动位移重载进行计算，并通过有限元模型标定计算结果；将有限元模型标定结果传输到车辆重载识别系统，车辆重载识别系统匹配车辆轴数、车辆行驶速度、以及车辆总重，得到车辆重载值。
22.对桥梁动位移重载计算模块得到的车辆重载值的数据进行流程化处理与标准化输出。
23.动位移的获取还可以采用通过加速度二次积分的方式获取位移。
24.本发明的一种基于计算机视觉的中小跨径混凝土小箱梁桥重载识别系统，也可以匹配既有桥梁所配置的用来获取车辆重量的动态称重技术wim，或是桥梁动态称重技术bwim，协同获得并识别车辆荷载信息、桥梁荷载信息，以及对桥梁结构进行健康监测。


技术特征：
1.一种基于计算机视觉的中小跨径混凝土小箱梁桥重载识别系统，其特征在于包括桥下的视觉动位移称重系统和桥上的车辆视觉采集模块，桥下的视觉动位移称重系统，是通过桥梁动位移重载计算模块对桥梁的跨中动位移进行解算，获取桥面的重量信息；其中动位移的获取采用基于计算机视觉的有靶标式测量，采用视觉技术获取得到的位移，做到所见即所得，能够缩小误差，可信度得到提高；桥上的车辆视觉采集模块，是通过依托桥上的高位装置安装高精度摄像头，获取来往行驶车辆位置信息；通过判定车辆行驶过动位移称重系统的时间戳及车速信息反馈至车辆重载识别系统，车辆重载识别系统对车辆重量进行修正与计算，得到精准的车辆重载值。2.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉的中小跨径混凝土小箱梁桥重载识别系统，其特征在于：桥上的车辆视觉采集模块，架构在桥梁护栏侧的加固及监控杆上，桥上的车辆视觉采集模块由高清相机匹配高清镜头构成；桥上的车辆视觉采集模块获取桥上的来往行驶车辆的图像信息，并传输给桥梁动位移重载计算模块。3.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉的中小跨径混凝土小箱梁桥重载识别系统，其特征在于：桥上的车辆视觉采集模块中还包含车辆信息计算模块，车辆信息计算模块由车辆目标检测算法、车轮检测算法、以及车速计算策略架构而成。4.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉的中小跨径混凝土小箱梁桥重载识别系统，其特征在于：桥梁动位移重载计算模块，获得桥上的车辆视觉采集模块所采集到的来往行驶车辆每帧图片的采集，匹配时间戳，基于几何匹配的目标跟踪算法对桥梁动位移重载进行计算，并通过有限元模型标定计算结果；将有限元模型标定结果传输到车辆重载识别系统，车辆重载识别系统匹配车辆轴数、车辆行驶速度、以及车辆总重，得到车辆重载值。5.根据权利要求4所述的一种基于计算机视觉的中小跨径混凝土小箱梁桥重载识别系统，其特征在于：对桥梁动位移重载计算模块得到的车辆重载值的数据进行流程化处理与标准化输出。6.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉的中小跨径混凝土小箱梁桥重载识别系统，其特征在于：动位移的获取还可以采用通过加速度二次积分的方式获取位移。

技术总结
本发明提供一种基于计算机视觉的中小跨径混凝土小箱梁桥重载识别系统，属于桥梁工程技术领域，该系统包括桥下的视觉动位移称重系统和桥上的车辆视觉采集模块，桥下的视觉动位移称重系统是通过桥梁动位移重载计算模块对桥梁的跨中动位移进行解算，获取桥面的重量信息；其中动位移的获取采用基于计算机视觉的有靶标式测量，采用视觉技术获取得到的位移；桥上的车辆视觉采集模块是通过依托桥上的高位装置安装高精度摄像头，获取来往行驶车辆位置信息；通过判定车辆行驶过动位移称重系统的时间戳及车速信息反馈至车辆重载识别系统，对车辆重量进行修正与计算，得到精准的车辆重载值。本发明全部采用计算机视觉技术，具有高精度以及标准化的特点。度以及标准化的特点。度以及标准化的特点。


技术研发人员：张新 章清涛 李广奇 姚望 吉煜鹏 马祥辉 王伟 王达磊 孙玉 刘帅
受保护的技术使用者：山东省交通科学研究院 同济大学
技术研发日：2021.10.19
技术公布日：2022/3/4