同濟大學地震模擬振動台
套用背景：同濟大學地震模擬振動台實驗室是土木工程防災國家重點實驗室的一部分，技術負責人為呂西林教授，目前已經完成試驗項目數量近500項。據統計，在世界上已經運行的大型振動台中，該振動台的運行效率名列前茅。90年代進行了多次改造，主要改造內容為：雙向振動台升級至三向六自由度；模型重量由15t升級至25t；控制系統和數據採集系統的升級等。
目前，該振動台的主要技術參數如下：
台面尺寸：4m×4m；
頻率範圍：0.1~50Hz；
最大模型重量：25t;
最大位移：X向：±100mm，Y向：±50mm，Z向：±50mm；
最大速度：X向：1000mm/s；Y向和Z向：600mm/s；
最大加速度：X向：4.0g（空載）1.2g（負載15t）；
Y向：2.0g（空載）0.8（負載15t）；
Z向：4.0g（空載）0.7g（負載15t）；
最大重心高度：台面以上3000mm；
最大偏心：距台面中心600mm；
該振動台的核心部件由美國MTS公司生產，部分部件（高速相機、圖像採集卡等）由國內配套，具體為：控制部分和數據採集部分由MTS生產；鋼結構台面由MTS設計，國內紅山材料試驗機廠通過蘭州化工總廠生產；油源部分的核心部件MTS提供，其他油箱、硬管道等部分由紅山生產；作動器均採用MTS產品。整個系統由MTS總承包。
同濟大學地震模擬振動台實物圖 地震模擬振動實驗測試中面臨的問題：
結構動力模型試驗是研究結構非線性動力回響與地震破壞形態的一種重要手段，也是驗證數值分析方法的一種有效方法。實驗中，一般採用加速度計，應變感測器來量測模型結構的動力回響，加速度計有X、Y、Z三個方向。以振動台進行建築抗震實驗是現有條件下能獲得最接近於真實數據的實驗手段。但是，由於需要建造儘可能還原真實建築物理特性的模型進行實驗，單次振動實驗的成本十分高昂，花費很大的人力、物力與時間,時間成本和經濟成本都使多次的建築模型振動實驗是難以實現的。因此，在振動實驗中獲取儘可能多的數據成果是建築模型振動實驗的關鍵所在，之前的實驗都會在模型結構上設計安裝很多個應力計、加速度計等感測器，這些附著設備本身對於模型來說是不應有的，在振動實驗中可能會對實驗目標產生直接的相互作用，造成物理影響，干擾數據精確度。另外，隨著模擬輸入波的強度增加，模型結構會出現破損甚至倒塌。一般為保護成本高昂的感測器，當目標建築模型處於瀕臨潰散的關鍵時刻，需要中斷實驗並取下附著的測量設備避免其被崩塌的建築材料損毀，這樣不但無法獲取極為重要的潰散過程中目標模型的各部位各項參數，而且在瀕臨毀壞的模型上取下儀器的過程本身也是不安全的。
振動實驗測試系統示意圖 
測試結構上載入的感測器圖 解決方案：地震振動台的多高速相機同步動態位移測量
高速攝影測量技術是近年來攝影測量學、計算機視覺、光學測量、數字圖像處理等學科交叉融合形成的新興交叉學科,可對各種運動、變化過程參數進行測量。高速攝像測量方法是一種全局化、非接觸、高精度、自動化、動態測量、實時測量、環境適應性強的量測手段，在土木工程中被套用於許多領域。
振動台試驗所採用的縮尺模型往往在振動測試中具有很高的振動頻率，採用普通攝像機無法得到滿足要求的測量結果，因此，我們採用多台的高速相機，從不同的角度同步記錄振動試驗過程，以非接觸的測量方式全方位捕捉振動實驗的細節特性，獲取更多詳細的高速圖像序列數據，再利用數字圖像處理技術，對獲得的多序列高速圖像進行處理分析，高精度的識別預先貼上在動力模型結構上的多個標示點，從而獲得振動過程中多個標示點的比較高精度的空間位置變化數據。
採用多路高速相機系統對振動實驗中的目標進行觀測以獲取實驗數據，不但可以明顯擴充數據成果的數量與質量，可以完美解決接觸式測量儀器的弊病。並且，每秒高達500幀的圖像拍攝速率與同步的存儲速率可以保證極為精確的振動過程完整記錄。被測建築模型何時產生淺裂紋，裂紋擴張蔓延情況，模型產生嚴重破損，模型瀕臨垮塌和整個垮塌過程這一系列實驗進程階段均以2毫秒為時間度量，0.1毫米為空間度量精準詳細的記錄於固態存儲體中，替代以往基於經驗和人眼反應速度的實驗進程記錄。通過與傳統普通接觸式感測器採集結果進行比較，該量測方法精度較高，效果較好，在高成本振動模擬實驗次數限定的情況下，多路高速相機同步拍攝與存儲系統可以顯著的提高每次地震振動模擬實驗的實驗質量，為地質災害防治研究與建築防震抗震研究提供優質的數據源。
實驗證明高速攝影測量套用簡單，能同時捕獲大量模型信息，且不接觸被測物體，不會對被測物體產生干擾，是一種全局化、非接觸、自動化程度高、環境適應性強接觸、精度滿足試驗要求的量測手段，將在工程實踐的多個領域取得了廣泛的套用。
地震振動台的多高速相機同步動態位移測量系統布置如下圖：
多高速相機同步動態位移測量系統相機安裝布置圖 
多高速相機同步動態位移測量系統相機安裝現場圖 系統功能介紹：
1.相機分布位置與拍攝角度可根據具體套用需求靈活調整，採集振動中最有效的數據。
2.高速相機直接捕獲高解析度的數字圖像，清晰還原振動過程中目標物的瞬態變化細節，在後續的高速圖像處理算法配合標定技術從圖像中實時獲取更加詳細的目標物空間坐標與時間軸等相關信息。
3.同步圖像數據高速存儲於大容量存儲體中，為後期處理與分析研究提供詳細完整的海量數據源。
