کاوه کرمی

پاسخ ارتعاشی سازه منبع مهمی برای شناسایی رفتار دینامیکی، پایش سلامت و استخراج پارامترهای مودال سازه است. روش‌های متداول مبتنی بر حسگرهای تماسی مانند شتاب‌سنج‌ها، علاوه بر هزینه و دشواری نصب، تنها اطلاعات محدودی از نقاط مشخص ارائه می‌دهند. در مقابل، روش‌های مبتنی بر بینایی با استفاده از دوربین و پردازش تصویر، امکان اندازه‌گیری غیرتماسی و تمام‌میدان ارتعاشات را فراهم می‌کنند. با این حال، هیچ روش واحدی برای تخمین دقیق حرکت در تمامی شرایط وجود ندارد؛ روش‌های مبتنی بر شدت روشنایی در جابه‌جایی‌های زیرپیکسلی و روش‌های مبتنی بر فاز در جابه‌جایی‌های بزرگ با محدودیت مواجه‌اند. این رساله با هدف توسعه شناسایی سازه مبتنی بر بینایی، سه چارچوب مکمل برای اندازه‌گیری دقیق حرکت و استخراج پارامترهای مودال ارائه می‌کند. در بخش نخست، روش تطبیق بلوکی مبتنی بر بهینه‌سازی ازدحام ذرات و گرادیان (PGBM) معرفی شده است که با ترکیب جست‌وجوی تصادفی و اصلاح قطعی، دقت تخمین زیرپیکسلی را افزایش داده و از همگرایی به پاسخ‌های زیر‌بهینه جلوگیری می‌کند. اعتبارسنجی عددی و آزمایشگاهی روی تیر آزمایشگاهی، پل راه‌آهن و سازه چراغ خیابانی نشان داد که این روش قادر به استخراج دقیق جابه‌جایی، فرکانس‌های طبیعی و اشکال مودی است. در بخش دوم، روش چندمرحله‌ای SBM-REG ارائه شده که جابه‌جایی‌های پیکسلی و زیرپیکسلی را به‌صورت خودکار و در یک چارچوب یکپارچه محاسبه می‌کند. این روش با استفاده از جست‌وجوی تطبیقی، کاهش خطای سیستماتیک و اصلاح گرادیانی، عملکرد مناسبی در دامنه‌های مختلف ارتعاش ارائه می‌دهد. نتایج آزمایشگاهی روی تیر طره و مدل شش‌طبقه نشان داد که روش پیشنهادی قابلیت شناسایی دقیق فرکانس‌ها و اشکال مودی را دارد. در بخش سوم، یک چارچوب تمام‌میدان مبتنی بر فاز کواترنیونی و تحلیل چندمقیاسی ارائه شده است. روش‌های QPME و EQM با استفاده از فاز مونوژنیک و فیلترهای کروی، محدودیت وابستگی جهتی در روش‌های کلاسیک مبتنی بر فاز را برطرف کرده و امکان اندازه‌گیری همزمان جابه‌جایی‌های کوچک و بزرگ را فراهم می‌کنند. اعتبارسنجی روی داده‌های مصنوعی، مدل‌های آزمایشگاهی و ویدئوهای پل تاکوما نشان داد که این روش‌ها در برابر نویز، تغییرات دامنه و بافت تصویر مقاوم بوده و اطلاعات مودال را با دقت بالا استخراج می‌کنند. در مجموع، روش‌های پیشنهادی این پژوهش چارچوبی دقیق، مقاوم و مقیاس‌پذیر برای تحلیل ارتعاشات و شناسایی مودال سازه‌ها فراهم کرده و گامی مؤثر در توسعه پایش سلامت سازه مبتنی بر بینایی محسوب می‌شوند