一种基于流态视频监测的过水建筑物结构损伤诊断方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于流态视频监测的过水建筑物结构损伤诊断方法及系统，该系统包括高清透雾摄像机、基座、专用工作站和电脑显示器；高清透雾摄像机安装在基座上；基座内设有空腔；高清透雾摄像机的网络接口、电源接口安装在空腔内；高清透雾摄像机上安装有智能雨刮模块；电源接口、电脑显示器、专用工作站分别通过一根电源线与电源相连；网络接口通过数据传输线与专用工作站相连；专用工作站包括图像分析模块、后台数据库和报警模块。本发明专利技术创新了采用视频监测泄流流态和水面线诊断过水建筑物结构是否发生损伤的方法，能够及时发现泄流过程中的异常流态，及时采取措施止损，可在泄流设施安全监测、教研等领域广泛应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于流态视频监测的过水建筑物结构损伤诊断方法及系统
本专利技术属于水利水电工程和视频监测
，具体涉及一种基于流态视频监测的过水建筑物结构损伤诊断方法及系统。
技术介绍
过水建筑物承担着泄洪、过流的重要任务，尤其汛期洪水流量较大时，过水建筑物处于长时间泄流状态，且大型水电工程的过水建筑物水流流速往往高达40～50m/s。受高速水流长期冲刷作用，过水建筑物发生破坏的几率很高，据不完全统计，有1/3过水建筑物发生了不同程度的破坏，有的相当严重。过水建筑物在泄流时若发生破坏，由于人员巡视不及时、受雾化影响无法临近清晰观察、水流受到结构物遮挡等各种原因导致不能及时发现、及时采取措施而造成损失。随着高清摄像技术的发展，远距离、透雾、高清摄像技术可替代人工实现泄流过程的实时监测，配置高速、高可靠性的图像处理分析技术，能够及时发现泄流流态和水面线的异常状况，进而实现过水建筑物结构损伤诊断的功能。因此，研究基于流态视频监测的过水建筑物结构损伤诊断方法，对于实现过水建筑物运行状态实时监测，确保结构安全，降低经济损失和人工成本，提高监测水平具有重要的理论意义与实用价值。目前过水建筑物结构损伤诊断方法基本采用传感器技术，主要有以下不足：(1)传感器的布设一般需要在过水建筑物结构体上进行施工，准备工作多，流程复杂，协调方多，耗时长，且施工质量缺陷会成为过水建筑物破坏的新增诱因；(2)传感器设备长期接触高速水流，耐久性较差，失效率较高；(3)传感器监测都是“点”的观测，难以真实、全面地反映泄流结构整体的工作性态变化。因此如何克服现有技术的不足是目前本
亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种基于流态视频监测的过水建筑物结构损伤诊断方法及系统。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于流态视频监测的过水建筑物结构损伤诊断系统，包括高清透雾摄像机、基座、专用工作站和电脑显示器；高清透雾摄像机安装在基座上；基座内设有空腔；高清透雾摄像机的网络接口、电源接口安装在空腔内；高清透雾摄像机上安装有智能雨刮模块；智能雨刮模块用于及时清理高清透雾摄像机镜头上的水滴，保持镜头干净；电源接口、电脑显示器、专用工作站分别通过一根电源线与电源相连；网络接口通过数据传输线与专用工作站相连；专用工作站包括图像分析模块、后台数据库和报警模块；图像分析模块分别与后台数据库、报警模块、电脑显示器相连；图像分析模块用于处理高清透雾摄像机拍摄到的图像，分析水面线轮廓，然后将得到的水面线轮廓的特征点坐标与后台数据库中对应正常工况的图像特征点坐标进行对比，若对比结果为异常，则发送指令至报警模块进行报警；后台数据库还用于存储图像分析模块处理前的图像及处理得到的数据；电脑显示器用于显示图像分析模块处理前的图像及处理得到的数据。进一步，优选的是，还包括保护罩；保护罩设于基座及高清透雾摄像机外，用于保护基座及高清透雾摄像机。进一步，优选的是，后台数据库中还包括正常流态数据库和异常流态数据库；当图像分析模块对比高清透雾摄像机拍摄到的图像水面线轮廓与后台数据库中正常流态数据，对比结果为异常时，将图像分析模块处理前的图像及处理得到的数据存储于异常流态数据库；反之，则存储在正常流态数据库。水面线轮廓分析的具体步骤如下：a、逐行逐列扫描图像，获取各像素点的RGB颜色值，分别保存为Ri,j、Gi,j、Bi,j，其中i为像素行编号，j为像素的列编号；b、设定每一行相邻像素点RGB相似阈值a0，设定不连续对比数阈值n0，设定连续对比数阈值m0；c、从左向右计算相邻像素点相似值：若ai,j≥a0，边墙区域不连续对比数n边＝0；若ai,j<a0，则n边＝n边+1；当n边＝n0时，记录第i行左边墙清晰边界的像素坐标值xi,左墙；d、从xi,左墙继续向右对比，若ai,j≥a0，水面区域连续对比数m水＝m水+1；若ai,j<a0，则m水＝0；当m水＝m0时，记录第i行水面左清晰边界的像素坐标值xi,左水，取xi,左墙和xi,左水的均值作为水面线左边界坐标xi,左；e、从xi,左水继续向右对比，若ai,j≥a0，水面区域不连续对比数n水＝0；若ai,j<a0，则n水＝n水+1；当n水＝n0时，记录第i行水面右清晰边界的像素坐标值xi,右水；f、从xi,右水继续向右对比，若ai,j≥a0，边墙区域连续对比数m边＝m边+1；若ai,j<a0，则m边＝0；当m边＝m0时，记录第i行水面右边墙清晰边界的像素坐标值xi,右墙，取xi,右水和xi,右墙的均值作为水面线左边界坐标xi,右；g、按步骤c至步骤f逐行计算，分别连接xi,左和xi,右作为水面线左轮廓与右轮廓。进一步，优选的是，a0为0.85～0.95；n0为1～5；m0为2～5。进一步，优选的是，将水面线轮廓特征点坐标Hi(X,Y)与后台数据库中对应正常工况的图像特征点坐标H′i(X,Y)对比，当∣Hi(X,Y)-H′i(X,Y)∣/H′i(X,Y)>10％时视为异常流态，启动报警并将数据存储于异常流态数据库；当∣Hi(X,Y)-H′i(X,Y)∣/H′i(X,Y)<10％时视为正常流态，存储于正常流态数据库。本专利技术同时提供基于流态视频监测的过水建筑物结构损伤诊断方法，使用上述基于流态视频监测的过水建筑物结构损伤诊断系统，包括如下步骤：步骤(1)，针对泄流流态特征，在现场布设数个特征点，使其尽可能覆盖整个拍摄范围，在特征点处放置抗冲刷、易识别的标识，并测量其坐标，输入后台数据库；步骤(2)，将正常工况下，过水建筑物的泄流流态、水面线及特征点数据，以及现场实时获得的原型观测数据存储到正常流态数据库；将异常工况下过水建筑物泄流流态、水面线及特征点数据，以及现场实际发生的异常原观数据，存储到异常流态数据库；步骤(3)，开启高清透雾摄像机，对准过水建筑物泄流流态，调整拍摄高度至所摄图像覆盖整个水面、过水建筑物两侧边墙；启动智能雨刮模块，调节光圈、焦距、曝光参数及快门速度，确保拍摄图像清晰；步骤(4)，获得分辨率满足要求的图像后正式拍摄，每隔10分钟拍摄一张高清图像，并进行图像处理分析，确定水面线轮廓；步骤(5)，将图像计算得到的水面线轮廓特征点坐标Hi(X,Y)与后台数据库中对应正常工况的图像特征点坐标H′i(X,Y)对比，当∣Hi(X,Y)-H′i(X,Y)∣/H′i(X,Y)>10％时视为异常流态，启动报警并将数据存储于异常流态数据库；当∣Hi(X,Y)-H′i(X,Y)∣/H′i(X,Y)≤10％时视为正常流态，存储于正常流态数据库；步骤(6)，泄流结束后，关闭高清透雾摄像机，将所有图像存储于后台数据库。本专利技术系统在使用时，水面线轮廓与人工观测的情况对比，若符合情况不佳，可以修改a0、n0、m0，重复步骤c至步骤f本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于流态视频监测的过水建筑物结构损伤诊断系统，其特征在于，包括高清透雾摄像机(1)、基座(3)、专用工作站(9)和电脑显示器(8)；/n高清透雾摄像机(1)安装在基座(3)上；基座(3)内设有空腔；高清透雾摄像机(1)的网络接口(4)、电源接口(5)安装在空腔内；/n高清透雾摄像机(1)上安装有智能雨刮模块(2)；智能雨刮模块(2)用于及时清理高清透雾摄像机(1)镜头上的水滴，保持镜头干净；/n电源接口(5)、电脑显示器(8)、专用工作站(9)分别通过一根电源线(6)与电源(11)相连；/n网络接口(4)通过数据传输线(7)与专用工作站(9)相连；/n专用工作站(9)包括图像分析模块(12)、后台数据库(13)和报警模块(14)；/n图像分析模块(12)分别与后台数据库(13)、报警模块(14)、电脑显示器(8)相连；/n图像分析模块(12)用于处理高清透雾摄像机(1)拍摄到的图像，分析水面线轮廓，然后将得到的水面线轮廓的特征点坐标与后台数据库(13)中对应正常工况的图像特征点坐标进行对比，若对比结果为异常，则发送指令至报警模块(14)进行报警；/n后台数据库(13)还用于存储图像分析模块(12)处理前的图像及处理得到的数据；/n电脑显示器(8)用于显示图像分析模块(12)处理前的图像及处理得到的数据。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于流态视频监测的过水建筑物结构损伤诊断系统，其特征在于，包括高清透雾摄像机(1)、基座(3)、专用工作站(9)和电脑显示器(8)；
高清透雾摄像机(1)安装在基座(3)上；基座(3)内设有空腔；高清透雾摄像机(1)的网络接口(4)、电源接口(5)安装在空腔内；
高清透雾摄像机(1)上安装有智能雨刮模块(2)；智能雨刮模块(2)用于及时清理高清透雾摄像机(1)镜头上的水滴，保持镜头干净；
电源接口(5)、电脑显示器(8)、专用工作站(9)分别通过一根电源线(6)与电源(11)相连；
网络接口(4)通过数据传输线(7)与专用工作站(9)相连；
专用工作站(9)包括图像分析模块(12)、后台数据库(13)和报警模块(14)；
图像分析模块(12)分别与后台数据库(13)、报警模块(14)、电脑显示器(8)相连；
图像分析模块(12)用于处理高清透雾摄像机(1)拍摄到的图像，分析水面线轮廓，然后将得到的水面线轮廓的特征点坐标与后台数据库(13)中对应正常工况的图像特征点坐标进行对比，若对比结果为异常，则发送指令至报警模块(14)进行报警；
后台数据库(13)还用于存储图像分析模块(12)处理前的图像及处理得到的数据；
电脑显示器(8)用于显示图像分析模块(12)处理前的图像及处理得到的数据。


2.根据权利要求1所述的基于流态视频监测的过水建筑物结构损伤诊断系统，其特征在于，还包括保护罩(10)；保护罩(10)设于基座(3)及高清透雾摄像机(1)外，用于保护基座(3)及高清透雾摄像机(1)。


3.根据权利要求1所述的基于流态视频监测的过水建筑物结构损伤诊断系统，其特征在于，后台数据库(13)中还包括正常流态数据库和异常流态数据库；当图像分析模块(12)对比高清透雾摄像机(1)拍摄到的图像水面线轮廓与后台数据库中正常流态数据，对比结果为异常时，将图像分析模块(12)处理前的图像及处理得到的数据存储于异常流态数据库；反之，则存储在正常流态数据库。


4.根据权利要求1所述的基于流态视频监测的过水建筑物结构损伤诊断系统，其特征在于，水面线轮廓分析的具体步骤如下：
a、逐行逐列扫描图像，获取各像素点的RGB颜色值，分别保存为Ri,j、Gi,j、Bi,j，其中i为像素行编号，j为像素的列编号；
b、设定每一行相邻像素点RGB相似阈值a0，设定不连续对比数阈值n0，设定连续对比数阈值m0；
c、从左向右计算相邻像素点相似值：



若ai,j≥a0，边墙区域不连续对比数n边＝0；若ai,j<a0，则n边＝n边+1；当n边＝n0时，记录第i行左边墙清晰边界的像素坐标值xi,左墙；
d、从xi,左墙继续向右对比，若ai,j≥a0，水面区域连续对比数m水＝m水+1；若ai,j<a0，则m水＝0；当m水＝m0时，记录第i行水面左清晰边界的像素...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞博慧，张陆陈，迟福东，肖海斌，王忠军，
申请(专利权)人：华能澜沧江水电股份有限公司，水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：云南;53