Verification of Multi-point Displacement Response Measurement Algorithm Using Image Processing Technique

Recently, maintenance engineering and technology for civil and building structures have begun to draw big attention and actually the number of structures that need to be evaluate on structural safety due to deterioration and performance degradation of structures are rapidly increasing. When stiffness is decreased because of deterioration of structures and member cracks, dynamic characteristics of structures would be changed. And it is important that the damaged areas and extent of the damage are correctly evaluated by analyzing dynamic characteristics from the actual behavior of a structure. In general, typical measurement instruments used for structure monitoring are dynamic instruments. Existing dynamic instruments are not easy to obtain reliable data when the cable connecting measurement sensors and device is long, and have uneconomical for 1 to 1 connection process between each sensor and instrument. Therefore, a method without attaching sensors to measure vibration at a long range is required. The representative applicable non-contact methods to measure the vibration of structures are laser doppler effect, a method using GPS, and image processing technique. The method using laser doppler effect shows relatively high accuracy but uneconomical while the method using GPS requires expensive equipment, and has its signal's own error and limited speed of sampling rate. But the method using image signal is simple and economical, and is proper to get vibration of inaccessible structures and dynamic characteristics. Image signals of camera instead of sensors had been recently used by many researchers. But the existing method, which records a point of a target attached on a structure and then measures vibration using image processing technique, could have relatively the limited objects of measurement. Therefore, this study conducted shaking table test and field load test to verify the validity of the method that can measure multi-point displacement responses of structures using image processing technique.

영상처리기법을 이용한 다중 변위응답 측정 알고리즘의 검증

최근 토목, 건축 구조물의 유지관리 기술에 대한 관심이 커지고 있으며 구조물의 성능저하 및 노후화 등으로 구조적 안전성의 검토가 요구되는 구조물의 수가 급증하고 있는 실정이다. 그리고 구조물의 노후화 및 부재의 균열 등으로 인하여 강성이 저하되면 구조물의 동특성에 변화가 나타나게 되며 구조물의 실제 거동상태에서 동특성을 분석하여 손상부위와 손상정도를 정확히 판단하는 것은 중요한 문제이다. 구조물 모니터링에 사용되는 대표적 계측장비가 동적계측기이다. 기존의 동적계측기는 측정 센서와 장비를 연결하는 케이블 길이가 길어질 경우 신뢰할 수 있는 데이터를 얻기 힘들고 각 센서와 계측기를 1:1로 연결하는 방식을 취하고 있어 비경제적이다. 따라서 센서를 부착하지 않고 원거리에서 진동을 측정하는 방법이 필요하다. 구조물의 진동을 계측하기 위하여 적용 가능한 비접촉식 방법으로는 레이저의 도플러효과, GPS를 이용하는 방법 및 영상처리기법 등이 대표적이다. 레이저의 도플러효과를 이용하는 방법은 정확도가 상대적으로 높지만 비경제적이며, GPS를 이용하는 방법은 장비가 고가이고 신호 자체의 오차와 데이터 취득속도의 제약이 있는 단점이 있다. 그러나 영상신호를 이용하는 방법은 간편하고 경제적이며 접근이 어려운 구조물의 진동 및 동특성 추출에 적합하다. 기존에도 센서를 대신하여 카메라의 영상신호를 이용하는 연구가 수행되기도 하였으나, 기존의 방법은 구조물에 부착된 표적의 한 지점을 기록한 후 영상처리기법을 이용하여 진동을 측정하는 방법으로서 측정 대상이 비교적 국한적일 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 영상처리기법을 이용하여 구조물의 다중 변위응답을 측정할 수 있는 방법의 타당성을 검증하기 위하여 진동대 실험 및 현장재하실험을 수행하였다.