1T/XZBX0085—2025視覺(jué)振動(dòng)測(cè)量多模態(tài)數(shù)據(jù)融合技術(shù)指引本文件規(guī)定了視覺(jué)振動(dòng)測(cè)量多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的總體原則、系統(tǒng)架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用規(guī)范及質(zhì)量評(píng)估等內(nèi)容。本文件適用于科研機(jī)構(gòu)、工程單位和設(shè)備制造商在進(jìn)行視覺(jué)振動(dòng)測(cè)量及其多模態(tài)數(shù)據(jù)融合研究、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工程應(yīng)用和結(jié)果分析時(shí)的參考。本文件不適用于單一模態(tài)的振動(dòng)測(cè)量技術(shù)，也不涵蓋單純圖像處理與模式識(shí)別中的通用算法研究。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T22239—2019信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)基本要求GB/T25631—2010機(jī)械振動(dòng)手持式和手導(dǎo)式機(jī)械振動(dòng)評(píng)價(jià)規(guī)則GB/T31101—2023信息技術(shù)實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)性能測(cè)試方法GB/T30269.801—2017信息技術(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)第801部分：測(cè)試：通用要求GB/T41095—2021機(jī)械振動(dòng)選擇適當(dāng)?shù)臋C(jī)器振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的方法3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1視覺(jué)振動(dòng)測(cè)量visualvibrationmeasurement利用高速相機(jī)、視頻處理算法等視覺(jué)手段，對(duì)目標(biāo)表面的位移或振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行非接觸測(cè)量與分析的技術(shù)。3.2多模態(tài)數(shù)據(jù)multi-modaldata來(lái)源于不同類(lèi)型傳感器或測(cè)量方式的數(shù)據(jù)集合，如視覺(jué)信號(hào)、加速度信號(hào)、聲學(xué)信號(hào)和激光測(cè)振數(shù)據(jù)等。2T/XZBX0085—20253.3數(shù)據(jù)融合datafusion通過(guò)一定的算法和模型，將多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，形成更完整、更準(zhǔn)確或更具魯棒性的測(cè)量結(jié)果的過(guò)程。3.4特征提取featureextraction從原始數(shù)據(jù)中提取能代表目標(biāo)振動(dòng)狀態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)或模式的過(guò)程，如頻率、幅值、相位和模態(tài)形態(tài)3.5魯棒性robustness系統(tǒng)或算法在存在噪聲、數(shù)據(jù)缺失或外部干擾情況下，依然能夠保持穩(wěn)定性能和可靠性的能力。4總體原則4.1科學(xué)性原則視覺(jué)振動(dòng)測(cè)量與多模態(tài)數(shù)據(jù)融合應(yīng)以科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐為基礎(chǔ)，確保方法論和技術(shù)路徑具有理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，避免依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)性操作。4.2系統(tǒng)性原則整個(gè)系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)覆蓋數(shù)據(jù)采集、處理、融合、分析和應(yīng)用的完整流程。各環(huán)節(jié)之間應(yīng)相互銜接，保證系統(tǒng)運(yùn)行的整體性和協(xié)調(diào)性。4.3精確性原則在數(shù)據(jù)采集與處理過(guò)程中，應(yīng)優(yōu)先保證測(cè)量精度和時(shí)空同步性。對(duì)于關(guān)鍵指標(biāo)如頻率、振幅和相位，應(yīng)設(shè)定明確的精度要求，減少誤差累積。4.4魯棒性原則系統(tǒng)應(yīng)具備抗干擾能力和適應(yīng)性，在復(fù)雜環(huán)境或存在噪聲情況下，依然能夠輸出可靠的測(cè)量結(jié)果，保證在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的穩(wěn)定性。4.5可擴(kuò)展性原則技術(shù)體系應(yīng)具有良好的兼容性和擴(kuò)展性，支持不同類(lèi)型傳感器接入以及多模態(tài)數(shù)據(jù)的靈活融合，以滿(mǎn)足未來(lái)技術(shù)升級(jí)和新應(yīng)用需求。4.6安全性原則T/XZBX0085—20253在多模態(tài)數(shù)據(jù)的采集、傳輸和存儲(chǔ)過(guò)程中，應(yīng)重視數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)，采取加密、訪(fǎng)問(wèn)控制等措施，防止數(shù)據(jù)丟失、泄露或被篡改。4.7應(yīng)用導(dǎo)向原則技術(shù)應(yīng)用應(yīng)以工程需求為導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)可操作性和可落地性，確保成果能在橋梁監(jiān)測(cè)、機(jī)械設(shè)備檢測(cè)、航空航天結(jié)構(gòu)測(cè)試等實(shí)際場(chǎng)景中推廣應(yīng)用。5系統(tǒng)架構(gòu)5.1總體要求視覺(jué)振動(dòng)測(cè)量多模態(tài)數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)應(yīng)遵循分層設(shè)計(jì)和模塊化集成的原則，確保不同來(lái)源、不同精度和不同格式的數(shù)據(jù)能夠在統(tǒng)一框架內(nèi)高效協(xié)同。系統(tǒng)架構(gòu)不僅要適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室研究的需求，還應(yīng)滿(mǎn)足工程應(yīng)用場(chǎng)景下實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性的要求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)仍需兼顧數(shù)據(jù)采集的多樣性、傳輸?shù)母咝?、融合的精確性以及應(yīng)用的可操作性。5.2系統(tǒng)分層系統(tǒng)整體架構(gòu)可分為感知層、傳輸層、融合層和應(yīng)用層。每一層承擔(dān)獨(dú)立職能，又通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化接口實(shí)現(xiàn)高效銜接。為了更直觀地展現(xiàn)系統(tǒng)功能，不同層級(jí)的主要職責(zé)和技術(shù)要點(diǎn)見(jiàn)表1。表1系統(tǒng)架構(gòu)分層功能表5.3模塊化設(shè)計(jì)在分層的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)一步細(xì)化為多個(gè)功能模塊：——視覺(jué)采集模塊：通過(guò)高幀率相機(jī)采集結(jié)構(gòu)表面微小振動(dòng)；——信號(hào)采集模塊：利用加速度計(jì)、激光測(cè)振儀采集高精度動(dòng)力學(xué)響應(yīng)；——數(shù)據(jù)同步模塊：實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的時(shí)空對(duì)齊與配準(zhǔn)；——特征融合模塊：采用機(jī)器學(xué)習(xí)或深度學(xué)習(xí)方法融合多模態(tài)特征；——應(yīng)用輸出模塊：將結(jié)果通過(guò)可視化和報(bào)告形式反饋至用戶(hù)。模塊化的優(yōu)勢(shì)在于系統(tǒng)可根據(jù)需求靈活組合，便于升級(jí)擴(kuò)展與跨平臺(tái)應(yīng)用。5.4數(shù)據(jù)與接口標(biāo)準(zhǔn)T/XZBX0085—20254多模態(tài)融合的關(guān)鍵在于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與接口規(guī)范。應(yīng)在系統(tǒng)建設(shè)中采用統(tǒng)一的時(shí)間戳、坐標(biāo)基準(zhǔn)和數(shù)據(jù)格式，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備廠(chǎng)商之間的互操作。接口協(xié)議需滿(mǎn)足高頻采樣與大數(shù)據(jù)量傳輸需求，同時(shí)具備安全認(rèn)證和訪(fǎng)問(wèn)控制機(jī)制，確保數(shù)據(jù)在共享和傳輸過(guò)程中不被篡改或泄露。5.5綜合說(shuō)明通過(guò)分層架構(gòu)與模塊化設(shè)計(jì)，視覺(jué)振動(dòng)測(cè)量多模態(tài)數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)從“數(shù)據(jù)感知—安全傳輸—融合分析—應(yīng)用輸出”的完整閉環(huán)。這樣的體系不僅提升了測(cè)量的精度和穩(wěn)定性，還為未來(lái)新技術(shù)的引入（如邊緣計(jì)算、人工智能預(yù)測(cè)建模）提供了開(kāi)放接口，從而具備長(zhǎng)期演進(jìn)與適應(yīng)工程應(yīng)用的能力。6關(guān)鍵技術(shù)6.1總體要求關(guān)鍵技術(shù)要求是保障視覺(jué)振動(dòng)測(cè)量和多模態(tài)數(shù)據(jù)融合順利實(shí)施的核心。系統(tǒng)需在數(shù)據(jù)采集、同步配準(zhǔn)、特征提取、融合算法及結(jié)果驗(yàn)證等環(huán)節(jié)達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確保結(jié)果的科學(xué)性、可靠性與可重復(fù)性。6.2數(shù)據(jù)采集技術(shù)多模態(tài)數(shù)據(jù)采集應(yīng)涵蓋視覺(jué)信號(hào)、加速度信號(hào)、聲學(xué)信號(hào)和激光測(cè)振信號(hào)等。采集設(shè)備需具備高靈敏度和高穩(wěn)定性，以保證不同模態(tài)的數(shù)據(jù)在同一時(shí)間窗口內(nèi)能夠同步反映目標(biāo)的真實(shí)振動(dòng)特性。為便于執(zhí)行，常用數(shù)據(jù)采集技術(shù)及其適用場(chǎng)景見(jiàn)表2。表2常用數(shù)據(jù)采集技術(shù)分類(lèi)這些技術(shù)需結(jié)合使用，通過(guò)合理部署傳感器實(shí)現(xiàn)全方位、多尺度的數(shù)據(jù)獲取。6.3數(shù)據(jù)同步與配準(zhǔn)在多模態(tài)融合中，數(shù)據(jù)同步與配準(zhǔn)是核心環(huán)節(jié)。不同設(shè)備的數(shù)據(jù)在采樣率、時(shí)間基準(zhǔn)和空間坐標(biāo)上存在差異，需要統(tǒng)一校準(zhǔn)。若同步不當(dāng)，將導(dǎo)致特征提取與融合計(jì)算偏差，影響最終結(jié)果可靠性。6.4特征提取與融合算法在完成數(shù)據(jù)同步后，應(yīng)利用特征提取和融合算法實(shí)現(xiàn)多模態(tài)信息的深度整合。特征提取側(cè)重獲取時(shí)域、頻域和時(shí)頻域的核心參數(shù)；融合算法則需結(jié)合統(tǒng)計(jì)建模與人工智能方法，提升識(shí)別精度與魯棒性。主要融合算法及其性能指標(biāo)要求見(jiàn)表3。T/XZBX0085—20255表3常用融合算法及性能指標(biāo)6.5結(jié)果驗(yàn)證與評(píng)估結(jié)果驗(yàn)證是保證技術(shù)有效性的重要環(huán)節(jié)。應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、對(duì)比分析和重復(fù)試驗(yàn)來(lái)評(píng)估測(cè)量與融合結(jié)果的準(zhǔn)確性。必要時(shí)需與傳統(tǒng)傳感器測(cè)量結(jié)果進(jìn)行交叉驗(yàn)證。6.6綜合說(shuō)明關(guān)鍵技術(shù)要求構(gòu)成了視覺(jué)振動(dòng)測(cè)量與多模態(tài)數(shù)據(jù)融合體系的技術(shù)基礎(chǔ)。從數(shù)據(jù)采集到特征融合，每一步都必須遵循科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)與指標(biāo)要求。通過(guò)合理選擇技術(shù)路徑和算法，可以確保測(cè)量結(jié)果既具備高精度，也具備在復(fù)雜環(huán)境中的穩(wěn)定性和魯棒性。7實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用規(guī)范7.1總體要求實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用規(guī)范旨在確保視覺(jué)振動(dòng)測(cè)量和多模態(tài)數(shù)據(jù)融合在實(shí)驗(yàn)室研究與工程實(shí)踐中具備統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和可重復(fù)性。規(guī)范應(yīng)涵蓋實(shí)驗(yàn)環(huán)境布置、設(shè)備配置、數(shù)據(jù)采集流程以及應(yīng)用場(chǎng)景適配，保證結(jié)果真實(shí)可靠并具備推廣性。7.2實(shí)驗(yàn)環(huán)境布置實(shí)驗(yàn)環(huán)境應(yīng)盡量減少外界干擾，包括光照變化、環(huán)境振動(dòng)和電磁噪聲等。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地需配備穩(wěn)定支撐平臺(tái)、恒定照明系統(tǒng)和隔振裝置，以保障視覺(jué)與非接觸測(cè)量的精度。7.3設(shè)備配置設(shè)備配置需根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和應(yīng)用需求進(jìn)行組合。視覺(jué)測(cè)量設(shè)備、加速度傳感器、激光測(cè)振儀、聲學(xué)采集設(shè)備等應(yīng)合理布局，確保測(cè)量對(duì)象表面可視性良好，且多模態(tài)傳感器之間具備空間與時(shí)間的協(xié)調(diào)性。為了便于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用部署，常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用設(shè)備配置模式見(jiàn)表4。表4常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用設(shè)備配置模式T/XZBX0085—202567.4數(shù)據(jù)采集與處理流程數(shù)據(jù)采集應(yīng)嚴(yán)格按照同步與配準(zhǔn)要求執(zhí)行，確保不同模態(tài)數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間上對(duì)齊。采集到的數(shù)據(jù)需經(jīng)過(guò)預(yù)處理，再進(jìn)入融合分析環(huán)節(jié)。7.5工程應(yīng)用規(guī)范在實(shí)際工程中，應(yīng)結(jié)合具體場(chǎng)景制定應(yīng)用規(guī)范：——橋梁監(jiān)測(cè)：重點(diǎn)監(jiān)控低頻振動(dòng)和模態(tài)參數(shù)，及時(shí)預(yù)警潛在結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)；——機(jī)械設(shè)備檢測(cè)：重點(diǎn)關(guān)注高頻微振動(dòng)，用于早期故障診斷；——航空航天應(yīng)用：要求極高的測(cè)量精度和魯棒性，用于關(guān)鍵部件運(yùn)行監(jiān)測(cè)。為了統(tǒng)一應(yīng)用效果，不同場(chǎng)景下的應(yīng)用重點(diǎn)和管理要求見(jiàn)表5。表5工程應(yīng)用場(chǎng)景與規(guī)范要點(diǎn)7.6綜合說(shuō)明實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用規(guī)范為視覺(jué)振動(dòng)測(cè)量和多模態(tài)數(shù)據(jù)融合提供了標(biāo)準(zhǔn)化的操作框架。從實(shí)驗(yàn)環(huán)境到設(shè)備配置，再到數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用落地，每一步均需嚴(yán)格遵循規(guī)范要求，確保研究成果具有工程推廣價(jià)值和長(zhǎng)期應(yīng)用可靠性。8質(zhì)量評(píng)估8.1總體要求質(zhì)量評(píng)估是保證視覺(jué)振動(dòng)測(cè)量和多模態(tài)數(shù)據(jù)融合結(jié)果科學(xué)性與可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過(guò)建立系統(tǒng)化的評(píng)估體系，可以在實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用中對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，并推動(dòng)方法和流程的持續(xù)改進(jìn)。8.2數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估數(shù)據(jù)質(zhì)量是后續(xù)融合與分析的基礎(chǔ)。應(yīng)從完整性、準(zhǔn)確性和一致性三個(gè)方面進(jìn)行檢查，確保采集的數(shù)據(jù)真實(shí)有效。為便于操作，數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估的主要內(nèi)容見(jiàn)表6。表6數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估要點(diǎn)T/XZBX0085—20257表6數(shù)據(jù)