[發(fā)明專利]基于視覺和力覺感知的隧道掉塊病害檢測方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011130560.0
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112326552B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣奇;杜卿宇
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G01N19/08
• 分類號: G01N19/08;G01N21/88;G06T7/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

1.一種基于視覺和力覺感知的隧道掉塊病害檢測方法，其特征是：包括以下步驟：

采集隧道內(nèi)壁圖像，利用訓(xùn)練后的第一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型初步識別掉塊病害；

所述第一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為YOLO神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，包括7個(gè)卷積層和5個(gè)池化層，且卷積層全部采用3x3的卷積核，且前6個(gè)卷積層后緊跟著最大池化層來進(jìn)行降維和減少參數(shù)，同時(shí)對每一層輸入都進(jìn)行歸一化處理；

以初步識別過程中確定的疑似掉塊病害的中心位置為圓心，構(gòu)建圓形，并通過多條直徑將圓形圓周等分，以垂直于隧道內(nèi)壁的姿態(tài)抵住疑似掉塊病害的中心，在疑似掉塊病害范圍內(nèi)沿所述直徑方向上運(yùn)動，記錄位移，并采集運(yùn)動過程中疑似掉塊病害處所受力和力矩；

基于采集的位移、力和力矩，利用第二神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對疑似隧道掉塊病害做進(jìn)一步判定，最終判定隧道掉塊病害；

所述第二神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，包括輸入層、隱含層和輸出層。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于視覺和力覺感知的隧道掉塊病害檢測方法，其特征是：基于采集的位移、力和力矩，利用第二神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對疑似隧道掉塊病害做進(jìn)一步判定，最終判定隧道掉塊病害的具體過程包括：

基于隧道內(nèi)壁健康狀態(tài)下測得的數(shù)據(jù)，計(jì)算得到參考狀態(tài)下殘差矩陣，構(gòu)建隧道掉塊病害判定因子，計(jì)算隧道掉塊病害損傷判定閾值；

對于某處待判定的病害，利用檢測到的數(shù)據(jù)，構(gòu)建隧道疑似掉塊病害處力和力矩的數(shù)據(jù)樣本集合；利用參考狀態(tài)下訓(xùn)練的第二神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，得到待判定狀態(tài)下的殘差矩陣，計(jì)算待判定狀態(tài)下隧道掉塊病害判定因子向量，并判斷待判定狀態(tài)下隧道掉塊病害判定因子向量是否超過閾值，如果超過則判定為存在掉塊病害。

3.一種基于視覺和力覺感知的隧道掉塊病害檢測系統(tǒng)，其特征是：包括移動平臺和控制系統(tǒng)，其中：

所述移動平臺上設(shè)置有若干攝像裝置，用于采集隧道內(nèi)壁圖像；

所述移動平臺上設(shè)置有定位機(jī)構(gòu)，用于定位移動平臺所處位置；

所述移動平臺上設(shè)置有六軸機(jī)械臂，所述六軸機(jī)械臂被配置為指定位置處移動或停靠，其端部設(shè)置有六維力傳感器，用于采集力和力矩；

所述控制系統(tǒng)，被配置為接收隧道內(nèi)壁圖像、所述六軸機(jī)械臂端部位移、力和力矩信息，基于圖像信息，利用訓(xùn)練后的第一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型初步識別掉塊病害；基于采集的位移、力和力矩，利用第二神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對疑似隧道掉塊病害做進(jìn)一步判定，最終判定隧道掉塊病害；

所述第一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為YOLO神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，包括7個(gè)卷積層和5個(gè)池化層，且卷積層全部采用3x3的卷積核，且前6個(gè)卷積層后緊跟著最大池化層來進(jìn)行降維和減少參數(shù)，同時(shí)對每一層輸入都進(jìn)行歸一化處理；

所述第二神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，包括輸入層、隱含層和輸出層。

4.如權(quán)利要求3所述的一種基于視覺和力覺感知的隧道掉塊病害檢測系統(tǒng)，其特征是：所述移動平臺上設(shè)置有升降臺，所述升降臺上設(shè)置六軸機(jī)械臂。

5.如權(quán)利要求3所述的一種基于視覺和力覺感知的隧道掉塊病害檢測系統(tǒng)，其特征是：所述移動平臺上設(shè)置有若干輔助光源。

6.如權(quán)利要求3所述的一種基于視覺和力覺感知的隧道掉塊病害檢測系統(tǒng)，其特征是：所述控制系統(tǒng)包括控制中心和控制操作集成系統(tǒng)，具體包括中控主板、同步控制器、工控機(jī)、存儲器和顯示器，所述中控主板作為數(shù)據(jù)處理分析和轉(zhuǎn)換傳輸?shù)暮诵模龃鎯ζ饔糜诖鎯?shù)據(jù)，所述顯示器用于顯示實(shí)時(shí)檢測圖像流；所述同步控制器用于接收觸發(fā)信號及傳感器數(shù)據(jù)，并同時(shí)將觸發(fā)信號發(fā)送給圖像采集裝置觸發(fā)采集圖像和將數(shù)據(jù)發(fā)送給所述存儲器：所述存儲器用于存儲圖像和傳感器數(shù)據(jù)：所述工控機(jī)用于接收數(shù)據(jù)并存儲于存儲器。