[發明專利]隧道掌子面涌水水頭高度智能識別方法及確定裝置

有效

• 申請號: 202110373806.5
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113269714B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 童建軍;易文豪;王明年;趙思光;桂登斌;劉大剛;于麗;錢坤;楊迪
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T17/00;G06T7/136;G06T7/194;G06T7/62;G06T7/73;G06T7/90;G06T5/00
• 代理公司: 北京盛聯科創知識產權代理有限公司 11988
• 代理人: 張曉龍

1.一種隧道掌子面涌水水頭高度智能識別方法，其特征在于，包括

采集掌子面出水口處視頻；

提取視頻各幀圖像并根據照片的時間順序對各幀圖像進行編號和保存；

對提取的各幀圖像進行灰度處理；

對視頻進行處理，確定重組視頻中的背景圖像，并將背景圖像中運動區域和靜止區域分為2類，用1和0分別進行標記運動區域和靜止區域的像素點；

基于運動區域和靜止區域的分類二值圖進行圖像處理，實現圖像運動區域和靜止區域的二值圖像，獲取運動區域像素點位置信息；

基于圖像映射原理和運動區域像素點位置信息，隧道掌子面出水形態三維重構，具體包括：

基于右手法則，以圖像左下角為坐標原點建立圖像二維坐標系(X₁,Y₁)，以相機鏡頭為坐標原點，構建相機三維坐標系(X₂,Y₂,Z₂)以相機光束投射方向為Z₂軸，構建的局部坐標系；

在圖像坐標系中，識別結果圖中任一像素點坐標可表示為(x₁,y₁)，在相機坐標系中，該像素點(x₂,y₂)坐標與圖像坐標系中的(x₁,y₁)保持一致，z₂坐標值具體計算方法如下：

z₂＝y₂cosγ

式中：z₂—相機坐標系中z₂坐標值；

y₂—相機坐標系中y₂坐標值；

γ—光束投射方向與地面夾角；

基于各像素點在地面坐標系(X₃,Y₃,Z₃)和投影方程，分別計算任一像素點(x₃,y₃,z₃)在X-Y，X-Z，Y-Z平面的投影坐標，具體計算過程如下：

x₃＝int(x₂cosα)

y₃＝int(y₂cosβ)

z₃＝int(z₂cosγ)

式中：int—取整函數；

x₃—任一像素點在地面坐標系中的X₃坐標值；

y₃—任一像素點在地面坐標系中的Y₃坐標值；

z₃—任一像素點在地面坐標系中的Z₃坐標值；

x₂—任一像素點在相機坐標系中的X₂坐標值；

y₂—任一像素點在相機坐標系中的Y₂坐標值；

z₂—任一像素點在相機坐標系中的Z₂坐標值；

α—光束投射方向與X₃軸夾角；

β—光束投射方向與Y₃軸夾角；

γ—光束投射方向與Z₃軸夾角；

基于地面坐標系構建的三維立方體，將三維立方體沿隧道掘進方向切割為L列，沿隧道寬度方向切割為M列，沿隧道高度方向切割為N層，總計L×M×N個子立方體；

根據計算各相機識別結果圖中的黑色像素點坐標(x₃,y₃,z₃)，分別繪制在X₃-Y₃，X₃-Z，Y₃-Z₃平面的投影圖；

基于各平面的投影圖，將立方體沿X軸、Y軸和Z軸的各“切片”對應的方格標為黑色；

基于2臺相機采集視頻識別和處理結果，對黑色“切片”進行疊加處理，疊加規則如下：

“黑A”+“黑B”＝“黑”；

“黑A”+“白B”＝“黑”；

“白A”+“黑B”＝“黑”；

“白A”+“白B”＝“白”；

疊加規則中A、B分別代表2臺相機分別判釋的結果；

基于隧道掌子面出水形態三維重構結果確定隧道掌子面涌水水頭高度計算；

其中，基于孔壁小孔出流模型，由伯努利方程，以通過孔壁小孔中心的水平面為基準面，掌子面涌水水頭高度計算方法如下：

式中：H—隧道掌子面涌水水頭高度(m)；

v—隧道掌子面地下水出水口流速(m/s)；

—隧道掌子面地下水出水口流速系數；

ξ₀—地下水流經出口的局部阻力系數；

α_c—常數，取1.0；

g—重力加速度(m²/s)。