IJMSD | 哈尔滨工业大学李惠教授团队：基于可变形三维网格和运动光流表示学习的结构稠密位移识别方法

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该文亮点：

1.发现了可变形三维网格模型控制点坐标和结构姿态参数的关联性和映射关系；

2.提出了基于可变形三维网格和运动光流表示学习的结构稠密位移识别方法；

3.分析了所提方法对结构稠密位移识别的空间分辨率和准确性;

4.验证了所提方法对复杂背景和光照变化等环境干扰的鲁棒性。

图1 Graphical abstract

位移是表征机械系统和土木结构健康状态的重要变量。传统接触式位移感知技术和视觉特征跟踪技术存在稀疏测点和固定靶点的测量限制，高空间密度的大型结构稠密位移准确识别仍面临挑战。采用可变形三维网格模型作为结构振动视频和稠密位移之间的载体，将结构稠密位移识别问题转化为控制点坐标光流表示学习和结构姿态参数识别问题，是一种新颖思路，可在低计算成本条件下保证位移识别的稠密性。

该文提出了基于可变形三维网格模型和运动光流表示学习的结构稠密位移识别网络Nodes2STRNet，其中，控制点估计子网络NodesEstimate以结构振动视频帧为输入，通过稠密光流计算可变形三维网格模型的控制点坐标；姿态参数识别子网络Nodes2PoseNet以控制点坐标为输入，通过多层感知机自监督学习，获得结构姿态参数识别结果并转换为结构稠密位移。此外，通过四层钢筋混凝土框架结构振动台试验，验证了所提结构稠密位移识别方法的高空间分辨率、准确性及对复杂背景和光照变化等环境干扰的鲁棒性。该研究为基于单目视频的大型结构稠密位移识别提供了新方法，可为结构动力特性辨识提供高空间分辨率的基础数据。

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《国际机械系统动力学学报（英文）》（International Journal Mechanical System Dynamics, IJMSD ）由来自18个国家的21位院士、17位国际学会主席、20位国际期刊主编等69位科学家和国际出版巨头美国Wiley出版社合作创立。IJMSD 旨在为用机械系统动力学科学与技术为提升现代装备设计、制造、试验、评估和使用全生命周期性能提供先进的理论、软件、方法、器件、标准，为全球科学家和工程专家提供广泛的机械系统动力学国际交流平台。IJMSD 强调从“系统”视角及系统级工具理解动力学，所涉及的机械系统不仅包括各种不同尺度的机械系统和结构，还包括具有多物理场/多学科特征的综合机械系统。

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