基于数字图像检测和虚拟现实的桥梁施工控制技术研究

发布时间：2017-09-03 00:38

  本文关键词：基于数字图像检测和虚拟现实的桥梁施工控制技术研究

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【摘要】：随着土木结构日益大型化复杂化,桥梁结构的跨度亦越来越大,施工之难度与日俱增,对桥梁施工控制技术提出了更高的要求。传统的桥梁施工控制手段落后,费时费力,自动化程度不高,多采用全站仪、水准仪等手段进行人工测量,实际测试点少,难以达到良好的施工控制效果。针对这一问题,本文借助于Matlab强大的图像处理功能和系统仿真功能,研究了利用数字图像检测技术进行桥梁结构变形识别的原理和基于Simulink的虚拟仿真建模技术方法,并将其引入桥梁施工控制技术中,提出了“虚实结合”施工控制的技术思想,并介绍了该技术思想的实现过程。最后通过钢桁梁室内悬臂拼装模型试验,验证了“虚实结合”施工控制技术的有效性。本文主要工作及成果有:(1)分析了数字图像检测技术用于桥梁变形检测的优点,总结出了数字图像检测技术体系的4大模块,并对各模块的处理过程及实现原理进行了介绍,并成功地将该技术用于钢桁梁悬臂拼装施工阶段位移检测识别。(2)介绍了虚拟现实建模语言VRML及其建模开发工具,为实现系统几何建模提供了方法及工具。重点研究了动态系统仿真建模软件Simulink的建模方法,实现了系统的数学建模;最后通过某单自由度系统有阻尼振动仿真实例,说明了Simulink虚拟动态仿真的建模方法和过程。仿真实例表明:仿真动画效果良好,建模方便快捷。(3)融合了数字图像检测技术、虚拟现实仿真技术及有限元分析技术,在传统施工控制方法的基础上提出了“虚实结合”施工控制的技术思想,并以某钢桁梁悬臂拼装施工控制为例详细介绍了该技术的实现过程。(4)自加工了某钢桁梁模型,采用模型试验的方法模拟了悬臂拼装施工过程,把数字图像检测技术和虚拟现实仿真技术等应用到钢桁梁桥的“虚实结合”施工控制中,取得了较好的控制效果。
【关键词】：钢桁梁 数字图像检测 虚拟现实 施工控制 有限元分析
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U445.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 国内外桥梁发展概况及选题背景10-12
• 1.1.1 国内外桥梁发展概况10-11
• 1.1.2 选题背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 数字图像检测技术的研究现状12-14
• 1.2.2 虚拟现实技术的研究现状14-15
• 1.2.3 桥梁施工控制技术的研究现状15-16
• 1.3 论文研究目的及意义16-17
• 1.4 论文的主要研究内容17-18
• 第二章 基于数字图像检测技术的桁架梁变形识别研究18-33
• 2.1 引言18
• 2.2 数字图像检测技术18-19
• 2.3 图像采集19-20
• 2.4 图像预处理20
• 2.5 图像边缘检测20-26
• 2.5.1 整像素边缘检测21-23
• 2.5.2 亚像素边缘检测23-26
• 2.6 位移换算及提取26-27
• 2.7 桁架梁变形检测实例27-32
• 2.7.1 桁架梁模型试验及图像采集27-28
• 2.7.2 图像预处理28
• 2.7.3 亚像素边缘检测28-31
• 2.7.4 关键节点位移提取31
• 2.7.5 百分表测量对比31-32
• 2.8 本章小结32-33
• 第三章 基于Matlab/Simulink的虚拟仿真技术研究33-44
• 3.1 引言33
• 3.2 虚拟现实建模语言VRML33-34
• 3.3 虚拟现实建模开发工具34-35
• 3.4 动态仿真语言Simulink介绍35-38
• 3.4.1 Simulink简介35-36
• 3.4.2 Simulink建模36
• 3.4.3 Simulink子系统技术36-37
• 3.4.4 Simulink封装技术37-38
• 3.4.5 Simulink的S函数38
• 3.5 Simulink与VRML模型关联38-40
• 3.6 虚拟仿真实例40-43
• 3.6.1 系统几何建模40-41
• 3.6.2 系统仿真数学建模41
• 3.6.3 几何和数学模型建立关联41-42
• 3.6.4 仿真结果42-43
• 3.7 本章小结43-44
• 第四章 桥梁施工监控概述及虚实结合施工控制44-61
• 4.1 引言44
• 4.2 桥梁施工监控的概念和原则44-45
• 4.2.1 桥梁施工监控的概念44-45
• 4.2.2 桥梁施工监控的原则45
• 4.3 桥梁施工监控的目标和内容45-46
• 4.3.1 桥梁施工监控的目标45
• 4.3.2 桥梁施工监控的内容45-46
• 4.4 桥梁施工监控的方法46-47
• 4.5 虚实结合施工控制的技术思想47
• 4.6 虚实结合施工控制技术的实现47-60
• 4.6.1 桥梁结构有限元分析48-50
• 4.6.2 数字图像变形检测50-53
• 4.6.3 虚拟现实模型的建立53-54
• 4.6.4 理论计算与实测结果导入54-55
• 4.6.5 误差及其敏感性分析55-58
• 4.6.6 模型调整后重新计算58
• 4.6.7 基于调整后模型预测下阶段变形58-59
• 4.6.8 施工控制及最终效果59-60
• 4.7 本章小结60-61
• 第五章 钢桁梁悬臂拼装施工控制模型试验研究61-90
• 5.1 引言61
• 5.2 钢桁梁桥试验模型61-63
• 5.3 钢桁梁悬臂拼装试验过程63-64
• 5.4 试验模型施工阶段有限元分析64-70
• 5.4.1 Midas模型的建立64-65
• 5.4.2 各工况有限元计算结果65-70
• 5.5 钢桁梁虚拟施工环境的建立70-73
• 5.6 有限元结果导入虚拟环境73-78
• 5.7 钢桁梁虚实结合施工控制试验78-89
• 5.7.1 工况一施工控制78-82
• 5.7.2 工况二施工控制82-83
• 5.7.3 工况三施工控制83-85
• 5.7.4 工况四施工控制85-87
• 5.7.5 工况五施工控制87-89
• 5.8 本章小结89-90
• 第六章 结论与展望90-92
• 6.1 结论90-91
• 6.2 展望91-92
• 参考文献92-97
• 附录 攻读硕士学位期间发表学术论文及科研项目情况97-98
• 致谢98

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王孟法;韩兴;方义平;丁铁恒;;基于数字散斑相关技术的井架应变测量方法[J];石油矿场机械;2015年12期

2 梅利峰;;谈基于数字相关法桥梁结构的检测应用[J];工程建设与设计;2015年12期

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8 洪汉玉;章秀华;叶佳伦;荆根强;;桥梁裂痕检测与识别方法[J];武汉工程大学学报;2014年02期

9 袁向荣;;边缘识别的二维正交多项式拟合及结构变形检测[J];图学学报;2014年01期

10 袁向荣;;边缘识别的正交多项式拟合及梁变形检测[J];实验室研究与探索;2013年10期

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本文编号：781885