[發(fā)明專利]一種基于數(shù)字化圖像異常識(shí)別的橋隧結(jié)構(gòu)裂縫監(jiān)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010672323.0
• 申請(qǐng)日: 2020-07-14
• 公開（公告）號(hào): CN111709944B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉洋;高銘鑫;李虎;許為民;劉鋒;王永亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué);濟(jì)南城市建設(shè)集團(tuán)有限公司;山東泉建工程檢測(cè)有限公司
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;G06K9/62;G06T7/13;G06F17/16
• 代理公司: 濟(jì)南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所 37218
• 代理人: 張貴賓

本發(fā)明屬于實(shí)際運(yùn)營(yíng)中的橋梁與隧道結(jié)構(gòu)病害監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體公開了一種基于數(shù)字化圖像異常識(shí)別的橋隧結(jié)構(gòu)裂縫監(jiān)測(cè)方法。本發(fā)明利用單維高斯核函數(shù)，構(gòu)建數(shù)字化雙階多尺度增益向量，采用核主成分分析方法解算數(shù)字化圖像異常識(shí)別的特征指標(biāo)和數(shù)字化像素異常識(shí)別的特征指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫病害的診斷與監(jiān)測(cè)。本發(fā)明可以有效地提升裂縫病害監(jiān)測(cè)中特征指標(biāo)對(duì)于裂縫目標(biāo)與背景區(qū)域的辨別能力，大幅度提高裂縫監(jiān)測(cè)的計(jì)算效率和裂縫識(shí)別的準(zhǔn)確率，適用于運(yùn)營(yíng)周期內(nèi)橋梁與隧道結(jié)構(gòu)裂縫病害的診斷評(píng)估及監(jiān)測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于實(shí)際運(yùn)營(yíng)中的橋梁與隧道結(jié)構(gòu)病害監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

運(yùn)營(yíng)期間的橋梁與隧道結(jié)構(gòu)，往往遭受交變荷載、環(huán)境侵蝕、材料老化以及突發(fā)事件等多方面因素的耦合作用，其結(jié)構(gòu)性能將會(huì)產(chǎn)生不同程度的衰減，這些衰減通常在宏觀上表現(xiàn)為一系列的結(jié)構(gòu)裂縫。當(dāng)前，對(duì)于橋梁與隧道結(jié)構(gòu)裂縫病害的診斷識(shí)別主要依靠傳統(tǒng)的人工巡檢，其表現(xiàn)出的工作性能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了當(dāng)今的橋隧建設(shè)管養(yǎng)。因此，從保障橋梁與隧道結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)期間的安全性出發(fā)，急需采取有效的技術(shù)手段對(duì)結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的裂縫病害進(jìn)行及時(shí)診斷識(shí)別。

隨著先進(jìn)的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)以及裝備儀器的出現(xiàn)，有關(guān)于基于圖像處理的橋隧結(jié)構(gòu)裂縫病害巡檢技術(shù)也得到了發(fā)展。然而，受圖像病害識(shí)別手段所限，現(xiàn)有應(yīng)用到土木工程領(lǐng)域中基于圖像的結(jié)構(gòu)裂縫識(shí)別依舊停留在病害檢測(cè)階段，即僅僅利用獲取到的圖像層面信息提取可能存在的邊緣特征，進(jìn)而識(shí)別結(jié)構(gòu)上的裂縫病害，這種結(jié)構(gòu)裂縫識(shí)別的探索發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入到了瓶頸期。一方面，通過現(xiàn)有圖像處理技術(shù)獲得的特征信息(如灰度特征)往往對(duì)裂縫病害不敏感，容易對(duì)無裂縫病害的背景區(qū)域產(chǎn)生誤判；另一方面，現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)提供的裂縫病害信息缺乏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)性，難以保障整個(gè)全壽命周期內(nèi)橋梁與隧道結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)維。從結(jié)構(gòu)病害監(jiān)測(cè)的角度出發(fā)，通過一些技術(shù)手段獲取敏感性相對(duì)較高的裂縫動(dòng)態(tài)特征指標(biāo)，無疑可大幅度提高裂縫監(jiān)測(cè)的計(jì)算效率和裂縫識(shí)別的準(zhǔn)確率。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述既有結(jié)構(gòu)裂縫識(shí)別存在的不足，現(xiàn)提出一種基于數(shù)字化圖像異常識(shí)別的橋隧結(jié)構(gòu)裂縫監(jiān)測(cè)方法，本發(fā)明可大幅度提高裂縫監(jiān)測(cè)的計(jì)算效率和裂縫識(shí)別的準(zhǔn)確率。

一種基于數(shù)字化圖像異常識(shí)別的橋隧結(jié)構(gòu)裂縫監(jiān)測(cè)方法，該方法包含有以下步驟：

步驟一：針對(duì)所監(jiān)測(cè)的橋梁與隧道結(jié)構(gòu)，獲取參考狀態(tài)下的圖像數(shù)據(jù)，利用單維高斯核函數(shù)，構(gòu)建數(shù)字化雙階多尺度增益向量；

步驟二：根據(jù)步驟一中得到的數(shù)字化雙階多尺度增益向量，采用核主成分分析方法，解算得到參考狀態(tài)下數(shù)字化圖像異常識(shí)別的特征指標(biāo)；

步驟三：針對(duì)步驟二中解算得到的參考狀態(tài)下數(shù)字化圖像異常識(shí)別的特征指標(biāo)，利用區(qū)間估計(jì)方法，計(jì)算數(shù)字化異常判別閾值；

步驟四：引入待診斷狀態(tài)下的圖像數(shù)據(jù)，重復(fù)步驟一、步驟二，構(gòu)建待診斷狀態(tài)下數(shù)字化圖像異常識(shí)別的特征指標(biāo)，若待診斷狀態(tài)下的數(shù)字化圖像異常識(shí)別的特征指標(biāo)大于步驟三中得到的數(shù)字化異常判別閾值，則判定圖像中存在裂縫病害；

步驟五：針對(duì)步驟四中判別為存在裂縫病害的圖像，采用核主成分分析方法，構(gòu)建待診斷狀態(tài)下數(shù)字化像素異常識(shí)別的特征指標(biāo)，若該指標(biāo)大于步驟三中的數(shù)字化異常判別閾值，則判定為裂縫像素點(diǎn)，以此對(duì)像素點(diǎn)逐個(gè)判別，提取裂縫主體骨架。

本發(fā)明所述的一種基于數(shù)字化圖像異常識(shí)別的橋隧結(jié)構(gòu)裂縫監(jiān)測(cè)方法，利用單維高斯核函數(shù)，構(gòu)建數(shù)字化雙階多尺度增益向量，采用核主成分分析方法解算數(shù)字化圖像異常識(shí)別的特征指標(biāo)和數(shù)字化像素異常識(shí)別的特征指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫病害的診斷與監(jiān)測(cè)。本發(fā)明可以有效地提升裂縫病害監(jiān)測(cè)中特征指標(biāo)對(duì)于裂縫目標(biāo)與背景區(qū)域的辨別能力，大幅度提高裂縫監(jiān)測(cè)的計(jì)算效率和裂縫識(shí)別的準(zhǔn)確率，適用于運(yùn)營(yíng)周期內(nèi)橋梁與隧道結(jié)構(gòu)裂縫病害的診斷評(píng)估及監(jiān)測(cè)。

附圖說明

圖1為混凝土小箱梁現(xiàn)場(chǎng)圖像采集實(shí)況圖。

圖2為待診斷圖像數(shù)據(jù)。