1.一种动态视觉的桥梁整体位移监测及行为孪生分析方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一,基于桥梁构件图像获取桥梁构件位移监测数据;步骤二,对所述位移监测数据进行时域特征和频域特征分析;步骤三,基于桥梁结构位移在不同外部条件下的内在变化规律,建立不同工况下的位移响应模型,基于Z-score统计方法进行分析位移监测数据的时域和频域的变化趋势,以识别异常位移模式;步骤四,根据第 i 个和第 j 个构件在时间 t 的位移以及平均位移,计算不同构件之间的空间相关性,以分析不同构件在动态载荷作用下的相互作用和影响;步骤五,基于ARIMA时间序列模型以及异常位移模式构件在 t -1、 t -2、…、 t - p 时刻的位移监测数据或者附近区间内的位移最大值和平均值,预测桥梁位移数据的变化趋势;步骤六,利用因果推断方法,判断一个构件位移时间序列是否有助于预测另一个时间序列,并以此分析不同构件位移变化的原因,识别关键影响因素。
2.根据权利要求1所述的一种动态视觉的桥梁整体位移监测及行为孪生分析方法,其特征在于,步骤三还包括:构建位移时程数据的时域和频域的变化趋势模型:其中, 和 分别是第 i 个构件位移的均值和标准差,若 ,则认为该构件在时间 t 出现异常, θ 是预设的阈值,反之,则该构件在时间 t 未出现异常。
3.根据权利要求1所述的一种动态视觉的桥梁整体位移监测及行为孪生分析方法,其特征在于,步骤四中,所述计算不同构件之间的空间相关性包括:其中, 和 分别是第 i 个和第 j 个构件在时间 t 的位移, 和 分别是第 i 个和第 j 个构件的平均位移, T 为总的时间步数, 是第i个构件和第j个构件的空间相关性。
4.根据权利要求1所述的一种动态视觉的桥梁整体位移监测及行为孪生分析方法,其特征在于,步骤五中,所述预测位移数据的变化趋势包括:其中, 是某点在时间 t 的位移预测值,𝛼是截距, 是自回归系数, 是该点在 t -1、 t -2、…、 t - p 时刻的位移监测值或者附近区间内的位移最大值和平均值, 是误差项。
5.根据权利要求1所述的一种动态视觉的桥梁整体位移监测及行为孪生分析方法,其特征在于,步骤六中,利用因果推断方法,分析不同构件位移变化的原因,识别关键影响因素,基于Granger因果检验,判断一个构件位移时间序列是否有助于预测另一个时间序列。
6.根据权利要求5所述的一种动态视觉的桥梁整体位移监测及行为孪生分析方法,其特征在于,所述基于Granger因果检验,判断一个构件位移时间序列是否有助于预测另一个时间序列包括:S51检验第i个构件位移时间序列 和第j个构件位移时间序列 :S52设定原假设 :第i个构件位移 不是第j个构件位移 的Granger原因;S53构建位移预测值的简化模型:其中, 是第j个构件在时间 t 的位移预测值,𝛼是截距, 是自回归系数, 是第j个构件在 t -1、 t -2、…、 t - p 时刻的位移监测值, 是误差项;S54构建位移预测值的完整模型:其中, 为第j个构件在时间 t 的位移预测值,𝛼是截距, 是回归系数, 是第j个构件在 t -1、 t -2、…、 t - p 时刻的位移监测值, 是第i个构件在 t -1、 t -2、…、 t - p 时刻的位移监测值, 是误差项;S55计算F统计量,检验原假设:其中, 和 分别是简化模型和完整模型的残差平方和, p 是额外的滞后项数, T 是样本数量, k 是完整模型的参数数量;S56然后基于根据F统计值的分布,使用F分布表计算查阅对应的概率值,并根据该概率值判断一个构件位移时间序列是否有助于预测另一个时间序列。
7.根据权利要求6所述的一种动态视觉的桥梁整体位移监测及行为孪生分析方法,其特征在于,步骤(56)还包括:如果概率值x<0.05,拒绝原假设,认为第i个构件位移 是第j个构件位移 的Granger原因;如果概率值x≥0.05,无法拒绝原假设,认为第i个构件位移 不是第j个构件位移 的Granger原因。
8.一种动态视觉的桥梁整体位移监测及行为孪生分析系统,其特征在于,包括:第一主控模块,基于桥梁构件图像获取桥梁构件位移监测数据;第二主控模块,对所述位移监测数据进行时域特征和频域特征分析;第三主控模块,基于桥梁结构位移在不同外部条件下的内在变化规律,建立不同工况下的位移响应模型,基于Z-score统计方法进行分析位移监测数据的时域和频域的变化趋势,以识别异常位移模式;第四主控模块,根据第 i 个和第 j 个构件在时间 t 的位移以及平均位移,计算不同构件之间的空间相关性,以分析不同构件在动态载荷作用下的相互作用和影响;第五主控模块,基于ARIMA时间序列模型以及异常位移模式构件在 t -1、 t -2、…、 t - p 时刻的位移监测数据或者附近区间内的位移最大值和平均值,预测桥梁位移数据的变化趋势;第六主控模块,利用因果推断方法,判断一个构件位移时间序列是否有助于预测另一个时间序列,并以此分析不同构件位移变化的原因,识别关键影响因素。
9.根据权利要求8所述的一种动态视觉的桥梁整体位移监测及行为孪生分析系统,其特征在于,所述第一主控模块包括:用于获取桥梁构件图像的多个相机;图像采集单元,用于接收相机获取的图片;图像和数据处单元,用于对图片进行处理,以获取桥梁构件位移监测数据。
10.根据权利要求9所述的一种动态视觉的桥梁整体位移监测及行为孪生分析系统,其特征在于,所述第一主控模块还包括:相机朝向校准台,用于校准相机朝向,使得多个相机配合下能获取完整的构件图片;图像同步采集模块,用于同步所有相机的工作时刻。