基于视觉测量的桥梁变形实时监测系统的研制

发布时间:2015-02-13

所属战略性新兴产业领域：  新一代信息技术

所属高新技术领域：  电子信息

单位名称：  苏州科技学院

单位性质：  高等院校

推荐单位：  亚太建设科技信息研究院（原建设部科技信息研究所）

成果简介：

    1.1科技成果简介

    简介：该项目研制一个基于视觉测量的桥梁变形实时监测系统。将视觉测量引入到桥梁变形实时监测中，既实现位移同步监测，又实现了对裂缝的在线、实时监测，并利用所采集的监测数据对变形过程（包括裂缝的变形过程）进行可视化的模拟仿真。

    课题来源：住房和城乡建设部科技计划项目；课题立项名称：基于视觉测量的桥梁变形实时监测系统的研制；课题立项编号：2009-K5-10；、研究起始日期：2009年11月、研究终止日期：2011年12月，批准登记单位：住房和城乡建设部；批准登记号：建科[2009]80号；批准登记日期：2009.5.4

成果创新性：

    1.2创新性

    本项目的创新点主要有：

    ①将K-Means算法应用于桥梁健康检测中的光靶边缘提取。同时，还应用于移动目标的边缘获取中。②多目标的光靶中心估算。利用高斯中心法，假设光靶中心的像素点分布满足高斯概率分布，估计出参数后，用高斯模型反向估计光靶中心位置。③提出一种基于几何特征的桥梁健康SVM预测器。针对桥梁结构变形的几何特征，及其模糊特性，利用模糊推理逻辑实现变形度量；针对桥梁结构变形的不确定性，采用SVM与神经网络的自学习机制，建立预警模型进行早期预警。

    实用新型专利，一种电池组排列检测装置(201220497535.0)，2012.９.4授权

    发明专利，一种基于多维特征的相机标定误差补偿方法（申请号：2013101404455），2013.6.29实质审查  

软件著作，桥梁靶点识别软件（2012SR1229）

多源多目标协同感知系统，软件著作权（2008SR06182）

实时药品缺陷检测软件，软件著作权（2011SR088828）

基于视觉的电池正负极自动检测系统，软件著作权（2011SR080219）

成果独占性：

    1.3独占性

    项目的难点主要集中在三个方面：一是单光靶目标的提取；二是多目标光靶中心优化方法研究；三是桥梁结构变形早期预测模型的研究。这些技术公关的成果已经本项目的专利中申请保护。

成果盈利性：

    1.4盈利性

    本课题中所使用的测量方法与实时监测技术同样适用于大型立交桥、高速铁路桥、高架道路领域。到2010年底，我国共有公路桥梁28.4万座，其中特大桥1580座。本课题所研制的系统与技术同样适用于大型立交桥、高速铁路桥、高架道路等应用领域中，方便地解决了监测与预测的需求，而且系统维护量小、单点成本低，便于批量生产。该项目的市场前景广阔、产业化基础良好。

成果持续性：

    1.5持续性

   本项目所研制的产品具有低能耗、24*7连续工作、非接触式的特点，保证了产品对桥梁本身不会有二次损伤，最大限度的保持的系统的可持续型。且项目组通过本项目所积累的核心技术，通过简单的改造可以比较容易应用其他大型建筑物监测中。

成果先进性：

    1.6先进性

   基于视觉测量的建筑工程实时监控系统在我国还处于起步阶段。目前国内尚缺少专业队伍来从事这一课题的研究开发，但对其重要性的认识已引起有关方面的高度重视，相信在不久的将来该领域必将成为一个新的热点。而我们所开发的用桥梁变形监测与模拟系统正是为该领域提供了通用型的控制方法及应用系统。

   该系统中对于日常桥梁安全保障，地震等自然灾害后的桥梁健康评估都有着重要作用。打破国外对大跨度桥梁实时监测系统的垄断，控制桥梁监测的单点成本。

成熟度：  原型

市场分析：

    2.1市场分析

   本项目的核心技术是：机器视觉技术，该技术是以图像处理技术为基础，图像理解为手段的一种具有高智能化、自学习能力的自动化识别技术。

   产业化后，本产品面向的桥梁监控细分市场情况为，到2010年底，我国共有公路桥梁28.4万座，其中特大桥1580座。几乎所有的特大桥梁都需要24小时的实时监控。

商业模式分析：

    2.2商业模式分析

   供应商：工业相机厂商、工控机厂商

   客户：桥梁的负责单位

   合作实体：桥梁养护单位掌握了大量的桥梁客户，而且处于降低桥梁养护成不，这些单位可以成为本项目最大合作单位之一。

   人才：本项目需要的工程人才有：具有一定机器视觉研发能力的高端人才；能胜任监控系统安装、维修、保养的工程实施人员。

   资金：本项目的资金投入主要为相机与工控机的采购，以及前期软件研发的投入。

营销状况：

    2.3营销状况

   需要培育新市场：打破传统靠人工养护的桥梁监控模式，采用自动化的设备对桥梁进行养护。

   拟定价:每个监控点售价10万元，维护价格4万元/年。

   销售渠道：各地经销商

   推广模式：通过桥梁管理部门推动桥梁监控新方法。

   试用客户：苏州市市政设置管理处市政桥隧养护管理所

拟采取的转化方式：  合作研发;技术转让;技术入股

应用推广的已投入情况：  2万元

资金需求额：  20万元

融资用途：  产品研发;市场开拓

评价机构：  住房和城乡建设部建筑节能与科技司

评价方式：  验收

评价日期：  2012年5月26日

评价意见：

    7.3评价意见

    2012年5月10日,受住房和城乡建设部委托,由江苏省建设厅组织对苏州科技学院完成的“基于视觉测量的桥梁变形实时监测系统的研制”项目进行函审验收。验收委员会通过查阅课题组的研究报告，及所提交的技术资料等文件，验收意见如下：

    1．提供的技术资料齐全，报告准确可靠、符合技术成果鉴定的要求。

    2．该项研究采用远距离、高精度、无接触的视觉测量方式，对桥梁实时在线监测与安全预警，达到项目合同书规定的指标要求，成功研制桥梁健康监测预警管理系统样机1套。

    3．该项研究将模糊K-Means算法应用于桥梁健康监测中的光靶边缘提取，并利用高斯中心法反向估计光靶中心位置，提高了测量的准确度。

    4．该项研究基于几何特征，利用支持向量机对桥梁安全进行预警。针对桥梁结构变形的几何特征与变形的不确定性，采用模糊逻辑实现与神经网络的自学习机制；通过建立桥梁变形预测模型，实现桥梁安全监测的早期预警，具有明显的创新性。

    5．该项研究理论成果丰富，在国内外各类刊物上发表相关论文7篇，其中EI 4篇，核心期刊1篇，申请批准软件著作权3项，申请发明专利2项。

    6．该项研究所形成的方法同样适用其它大型建筑及建筑群的监测与安全预警，对于建筑安全监测与预警研究具有较好的示范作用，具有推广价值。

    综上所述，该研究的验收资料齐全，所取得的成果丰富，根据其在测量精度与安全预警准确度的提高、技术上的创新以及科技查新结论“未见公开文献和产品报道”，鉴定委员会一致认为本项技术成果已达到国内领先水平。