(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210944258.1 (22)申请日 2022.08.05 (71)申请人 中交四航工程研究院有限公司 地址 510230 广东省广州市前进路157号 申请人 中交第四航 务工程局有限公司 　 广州港湾工程质量检测有限公司 (72)发明人 陶金　刘梅梅　李治学　桑登峰　 李平杰　吕述晖　 (74)专利代理 机构 广州新诺专利商标事务所有 限公司 4 4100 专利代理师 刘菁菁 (51)Int.Cl. G01H 9/00(2006.01) G01B 11/02(2006.01) G06T 3/00(2006.01)G06T 7/187(2017.01) G06T 7/62(2017.01) G06T 7/73(2017.01) (54)发明名称 一种低可视环境状态下的结构健康监测方 法及系统 (57)摘要 一种低可视环境状态下的结构健康监测方 法及系统， 其中方法包括： S1、 将若干加热件分别 设在待测结构的若干测点位置， 将红外线热成像 仪固定于指定位置； S2、 通过红外线热成像仪拍 摄待测结构运动影像； S3、 对影像进行逐帧处理， 得到多张二值图像以及二值图像的多个连通组 件， 确定各加热件对应的加热件组件； S4、 根据多 张二值图像， 计算各加热件在各二值图像拍摄时 的位移， 并按时间序列连接得到加热件动位移； S5、 利用频域分解法对 各加热件动位移进行结构 频谱分析， 得到待测结构在各阶模态的固有 频率 和振型； S6、 根据待测结构在各阶模态的固有频 率和振型， 判断待测结构是否发生破坏。 本发明 旨在克服现有结构健康监测技术在实际工程应 用时存在的局限。 权利要求书2页 说明书9页 附图2页 CN 115452123 A 2022.12.09 CN 115452123 A 1.一种低可视环境状态下的结构健康监测方法， 其特 征在于， 包括： S1、 将若干加热件分别安装在待测结构的若干测点位置， 并将红外线热成像仪固定于 指定位置， 使得 所述红外线热成像仪能够采集到待测结构的图像信息； S2、 利用所述加热件发热， 调节所述红外线热成像仪使得红外线热成像仪拍摄的影像 中只包含若干加热件， 通过所述红外线热成像仪对待测结构进行拍摄， 得到待测结构运动 影像； S3、 根据预设的处理规则对待测结构运动 影像进行逐帧图像处理， 得到多张二值图像； 对于每张二值图像， 从二值图像中标记出所有的连通组件， 以得到二值图像中的多个连通 组件， 根据每个所述连通组件的灰度值和其在二值图像中的位置， 在多个连通组件中确定 每个所述加热件 对应的加热件组件； S4、 对于每个加热件组件， 根据多张二值图像计算加热件组件中心在各二值图像的像 素长度， 再利用预设的比例换算因子得到与加热件组件对应的加热件在各二值图像拍摄时 的位移， 并按照时间序列连接得到加热件动位移； S5、 基于各加热件动位移， 利用频域分解法进行结构频谱分析， 得到待测结构的在各阶 模态的固有频率和振型； S6、 根据待测结构在各阶模态的固有频率和振型， 判断待测结构是否发生破坏。 2.根据权利要求1所述的低可视环境状态下的结构健康监测方法， 其特征在于， 所述根 据预设的处 理规则对待测结构运动影 像进行逐帧图像处 理， 得到多张二 值图像步骤 包括： 将待测结构运动影像拆解为连续帧图像， 将每一帧图像转换为灰度图像， 得到多张灰 度图像； 对于每张灰度图像， 利用阈值分割方法将灰度图像转换为初始二 值图像； 对于每张初始二值图像， 从初始二值图像中标记出所有的连通组件， 并将面积小于标 准值的连通组件删除， 然后对初始二值图像删除连通组件的区域填补修复， 得到多张二值 图像。 3.根据权利要求2所述的低可视环境状态下的结构健康监测方法， 其特征在于， 所述将 每一帧图像转换为灰度图像的步骤 包括： 对每一帧图像进行截取 得到截取图像， 截取图像包括待测结构区域； 将截取图像转换为灰度图像。 4.根据权利要求1所述的低可视环境状态下的结构健康监测方法， 其特征在于， 所述基 于各加热件动位移， 利用频域分解法进行结构频谱分析， 得到待测结构的模态频率的步骤 包括： 由各加热件动位移计算功率谱密度矩阵， 对功率谱密度矩阵进行奇异值分解， 得到待 测结构在各阶模态的模态频率和振型。 5.根据权利要求1所述的低可视环境状态下的结构健康监测方法， 其特征在于， 所述根 据多张二 值图像， 计算加热件组件中心在各二 值图像之间的像素长度的步骤 包括： 对于每张二 值图像， 对二 值图像进行图像处 理， 得到各加热件组件中心的中心坐标； 以第一帧二值图像作为参考图像， 在多张二值图像中依次选取一张目标二值图像， 加 热件组件中心在目标二值图像上的中心坐标与其在参考图像上的中心坐标间的距离作为 加热件组件中心在目标二 值图像的像素长度。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115452123 A 26.根据权利要求1所述的低可视环境状态下的结构健康监测方法， 其特征在于， 所述根 据待测结构在各阶模态的固有频率和振型， 判断待测结构是否发生破坏的步骤 包括： 根据以下公式计算待测结构在工作荷载 形成的弯 矩M(x)作用下 形成的曲率φ ″(x)： 其中， φ″(x)为在x点的曲率， M(x)为弯 矩， EI为抗弯强度； 根据以下公式得到振型曲率： 其中， φi,j为第i个测点的第j阶模态， h为加热件间距； 根据以下公式计算振型曲率改变的绝对值： Δφi″＝|φi,u″ ‑φi,d″|     (3) 其中， φi″(x)为第i阶模态的振型曲率， 下 标u、 d分别表示 健康状态以及破坏状态； 判断振型曲率改变的绝对值是否为0， 若是， 则判断待测结构未发生破坏， 若否， 则判断 待测结构发生破坏。 7.根据权利要求1所述的低可视环境状态下的结构健康监测方法， 其特征在于， 所述加 热件为电热片。 8.一种低可视环境状态下的结构健康监测系统， 其特征在于， 包括若干加热件、 红外线 热成像仪和数据分析系统； 若干所述加热件分别安装于待测结构的若干测点 位置； 所述红外线热成像仪用于拍摄待测结构运动影像， 拍摄得到的待测结构运动影像 中只 包含安装于待测结构上的若干加热件； 所述数据分析系统， 用于对拍摄得到的待测结构运动影像进行处理并判断待测结构是 否发生破坏。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115452123 A 3