利用虚拟视觉传感器监测桥梁动挠度

昨天看到一篇文献，觉得挺有意思。

论文题目：《Eulerian‐based virtual visual sensors to measure dynamic displacements of structures》，作者是特拉华大学（University of Delaware）的Ali Shariati博士和波特兰州立大学(Portland
State University)的Thomas Schumacher。

这位就是Ali兄，他的研究方向是结构健康监测新方法，包括图像与信号处理，无损检测方法等。

在车辆荷载等作用下，桥梁产生实时变化的变形。通常我们需要用什么办法来进行测量呢？

最常用的就是这种动挠度计了，这需要搭架子，用磁力表架把挠度计竖向“顶”到梁底，然后通过数据线把实时变化的挠度数据导出到计算机中。

这是激光挠度计，长得样子和全站仪类似，从仪器端发射一束激光到事先安装在梁上的标靶，然后通过激光发射与反射的时间与角度差异，自动计算出梁的动挠度。

常用的这些传感器，要么是布置起来比较麻烦，要么是设备复杂造价高。

有没有一种替代品呢？Ali博士给了一个思路：

图中的VVS，是“Virtual Visual Sensors”的缩写，虚拟视觉传感器，其实就是在待测点贴上一个黑白片，在地面上的固定点安装录像机——注意不是传统的拍照片哦，是录像，录像就可以记录在时间轴上的影像动态变化。

在录制一段时间后，把视频取出，通过计算机算法进行图像处理运算，对黑白片的移动进行判断。

这就是计算机看到的不同时刻黑白片移动的效果。

之所以采用黑白片，主要是因为二者颜色对比度最强，至于对不同时刻位移的计算，文中也提出了，图像中的一个像素大小与实际待测电的位移大小是可以对应的。

算法的难点，一个是待测点与视频录制点的不在相同标高，角度需要在算法中进行修正。

另一个难点，是这种通过录像机采集信息的方法，对环境光线的影响比较敏感。这在观测时间短的荷载试验过程中还不明显，要是一个长时间的健康监测，就需要算法单独对不同光线下的灵敏度进行调整了。

这是利用哥伦比亚大学课题组事先安装的标靶进行的实桥观测，实践证明利用VVS的这种方法有非常好的效果。

说几句题外话，Ali博士的这篇SCI写的极好，即便我与他的研究方向不同，仍然可以在5~10分钟把他的这篇9页的论文读完，他把故事将得很好，非常值得借鉴。

另外发现在这篇论文中，出现了好几所大学的研究团队，美国的跨校、跨学科合作真是强，这点更加值得学习，这才是真正的资源优化配置啊！

Ali博士还是一位“教育公平化”理念的实践者，这个挺有意思，如果你的研究方向与他类似，给他发邮件吧，alish@udel.edu，估计他应该会回复你的。