认识地震动特性是研究地震中工程结构地震反应及地震灾害的基础。如何合理快速观测和获取地震动及其时空变化信息成为被关注的研究问题。本研究研发了成套的基于机器视觉-动态位移测量技术结合数值解析方法的地震动观测技术,为震后地面运动空间分布的快速获取提供技术支撑。针对实际中可能存在的强震动观测视觉体系的一些应用状况,构建不同组合形式的支架模型,并基于结构动力反应正、反演分析,建立了视觉测量的相对位移与地面运动绝对位移之间的转换关系,从而实现地震动位移观测。通过大型振动台物理模型试验对该观测体系和方法进行验证,并开展了方法的鲁棒性及敏感性分析。本研究旨在发展强震动观测技术和地震中大范围地面运动观测方法和技术。进一步将基于机器视觉的地震动位移观测结果作为强震动仪观测加速度记录处理基线校正的约束条件,以合理地解决近断层强震动加速度记录的位移严重失真的问题。本研究的主要创新性成果如下:(1)研发了基于计算机视觉原理的空间位移测量技术,并依托C++、Open CV脚本库编译出相关动态位移测试软件。通过一系列振动台对照试验验证了该技术的可行性与精确度,研究了不同观测角度、测距、识别标靶实际大小等因素对位移测量结果的影响。该技术测量快速及时,能够做到相关量的实时、同步、多点判读,解决了传统位移测量方法的单点测值、采样率不足、测试量程受限等问题。(2)将研发的视觉测试技术与支架结构动力分析方法融合,形成了一整套地震动位移观测系统和技术。开展了地震动位移观测系统模型的大型振动台试验,模拟实际地震动中系统的观测场景,并进行了系统观测台面位移与基于其它测量方法同时获得的台面运动位移的比较分析。同时通过振动台试验进行了观测系统自身特性及附加振动对观测系统的稳定性、观测精度影响的研究。良好的实验结果充分展现了该观测系统的针对性、整体性、连续性、实时性与准确性特征,不同测点的观测结果互相验证、彼此修正以确保系统观测的一致性。(3)结合物理模型试验,深入讨论了观测系统数值建模过程中的正、反演迭代算法流程构建、算法条件限制、观测体系结构参数确定、模型可行性研究等关键节点,利用最优化思路对数值模型进行改良、优化,为真实地震中地面运动快速确定建立多手段联合的分析方法。(4)将该观测系统与强震动观测加速度仪配合使用,形成了更为完善的强震动观测手段。以该观测系统得到的观测位移作为同时获取的强震动加速度记录基线校正的位移约束条件,可合理地解决近断层强震动记录的位移严重失真的问题。为此,建立了基于视觉观测方法的基线校正及验证平台,并开展其应用的振动台试验,展示了该方法的可行性与精确度。相比于现有的GPS同震位移测量结果,该平台能够提供在时间-空间域上更加完整、连续的强震动位移信息,可提高现有基线校正效果评价体系的精度与可靠性。