[發明專利]一種水壩壩體異常情況的空基檢測方法與裝置

在審

• 申請號: 201811094762.7
• 申請日: 2018-09-19
• 公開（公告）號: CN109409406A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 曹先彬;杜文博;甄先通;李巖;劉旭輝;胡宇韜
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06N3/04
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 冀學軍

本發明公開了一種水壩壩體異常情況的空基檢測方法與裝置，屬于圖像處理技術領域。該裝置包括無人機搭載高清攝像裝置、避障器、角度傳感器、速度傳感器，高度傳感器以及GPS定位設備。首先采集指定位置圖像，通過旋轉和翻轉對原始圖像進行變換，得到新的訓練集；然后使用RPN通過滑動窗口提取特征區域，使用卷積神經網絡分別訓練相應的模型，并通過反卷積操作實現上采樣，得到決策圖和每個點的置信概率，并與設定好的閾值比較，得出檢測結果是否發生異常以及異常的種類。通過交叉熵損失函數將檢測結果與該點的真實值進行比較，縮小決策圖的檢測結果與真實結果的差值。本發明精度高、速度快、省工、省力、內容全面，實現了任意加密測次。

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，具體是一種水壩壩體異常情況的空基檢測方法與裝置。

背景技術

我國是個山川、河流眾多的國家，尤其是南方地區，河流湖泊密布，特別是中小河流，縱橫交錯，如此眾多的河流，極易造成洪水災害。為防止洪水災害給人們造成危害和財產損失，興建水庫大壩工程是一個極好的解決辦法。同時，水庫大壩還可以用來發電、灌溉等，有眾多的價值。

但是大壩帶給社會便利的同時也存在著巨大的安全問題。水庫大壩工程的重要結構絕大部分由混凝土構件組成，而且建造在地址構造復雜、巖土特性不均勻的地基上。在長期的使用過程中，由于風浪、腐蝕、水力沖刷以及溫度應力等外部原因的侵擾、材料性能的改變以及施工條件的限制等諸多因素的影響，其工作性態和安全狀況不可避免的會出現各種問題。如果出現異常，又不被及時發現，任其發展，后果不堪設想。為了詳細地了解大壩是否出現異常情況，就需要對大壩各個部位進行檢測。

現有的測量方式有在線測量與人工測量兩種方式，傳統的在線測量是將測量設備固定于一點，定時進行測量，并將測量數據通過有線或無線的形式傳輸回地面。這樣做存在著測范圍小，投入成本大且難維護等問題，而傳統的人工測量方法是人工到指定測量水域或測量點，進行人工測量和記錄，上岸再完成數據整理和報告，由于儀器設備精度問題以及檢測人員的素質差異，這樣做存在著效率低、安全性差、人為因素干擾測量值的準確性等缺點。對于一定規模的大壩檢測系統，人工檢測的勞動強度十分大，尤其當大壩經受大洪水等較危險荷載作用而需要加密測次時，人工檢測往往難以勝任。

隨著無人機技術的不斷成熟與發展，其應用領域越來越廣泛，將無人機用于大壩檢測，可解決傳統測量的缺點。無人機檢測具有精度高、速度快、省工、省力、內容全面等優點，且可以任意加密測次。同時，其研發周期較短，部署快且機動靈活，價格也較便宜。利用無人機進行大壩檢測具有廣闊的發展前景，在一些地勢險峻的區域能發揮極大的作用。

發明內容

由于諸多因素的影響，水庫大壩工程的工作性態和安全狀況不可避免的會出現各種問題，針對上述問題，本發明提供了一種水壩壩體異常情況的空基檢測方法與裝置，利用無人機作為數據采集終端，對水壩壩體異常情況進行檢測，可判定水壩壩體是否發生異常，若有，為何種異常；代替人工測量，精度高、速度快、省工、省力且內容全面，是空基監視技術的重要應用，對水壩安全有著重大意義。

所述的空基檢測裝置具體包括：

無人機搭載高清攝像裝置、避障器、角度傳感器、速度傳感器，高度傳感器以及GPS定位設備，按固定航線固定高度飛行，及時調整無人機飛行高度和無人機避障，高清攝像裝置拍攝水壩各個位置，得到高清圖像進行存儲。

所述的空基檢測方法，具體步驟如下：

步驟一、無人機搭載高清攝像裝置，按特定軌跡、特定高度飛行，對水壩進行巡檢，采集指定位置圖像；

步驟二、對采集的原始圖像進行預處理，通過旋轉和翻轉，依次對原始圖像進行變換，得到新的訓練集；

首先，對所有原始圖像進行尺度歸一化處理，保證每個作為訓練樣本的圖像尺度相同；

然后，對尺度相同的訓練樣本分別進行旋轉變換；