基于图像识别的水利施工扰动区域识别方法与流程

本发明涉及施工图像识别，特别涉及基于图像识别的水利施工扰动区域识别方法。

背景技术：

1、在河道整治、堤坝加固、渠系改建等水利工程施工过程中，开挖、碾压、打桩等作业产生的机械振动、地层变形等扰动极易对周边敏感设施造成破坏，引发渗漏、塌陷等严重安全事故，因此，为了保障水利工程施工安全，需要对施工扰动区域进行精准识别。

2、现有技术在进行施工扰动区域识别时，通常存在以下缺陷：缺乏考虑施工区域地表松散情况对后续振动能量的吸收传递的影响，在模拟施工扰动传播时，通常将施工设备视为固定强度的理想振源，但实际施工时常常受到地质状态的显著影响，在恶劣地质条件下，施工设备需要更高能量输出，会加剧自身损伤，从而改变扰动强度，在进行扰动范围与水利设施空间叠加分析时，缺乏考虑不同长度、不同材质、不同建成年代的复杂水利设施，在面对相同强度的振动扰动时，其损伤概率截然不同，也忽略设施的脆弱性数据，造成大量误报或危险遗漏。

3、为了解决上述问题，本发明提供基于图像识别的水利施工扰动区域识别方法。

技术实现思路

1、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

2、第一方面，本发明提供基于图像识别的水利施工扰动区域识别方法，包括以下具体步骤：

3、采集监测区域施工前的遥感影像，提取地表光谱特征和纹理特征，分析土壤松散情况；

4、采集施工设备的施工数据，结合监测区域的地质状态，分析施工设备的施工难度；

5、结合施工难度分析施工过程中对施工设备的损伤，并模拟施工在监测区域的传播分布情况；

6、采集监测区域内水利设施的位置数据、损伤数据和脆弱性数据，对水利设施与施工扰动传播分布情况进行空间分析；

7、获取水利设施所在区域的危险程度，对超出危险程度阈值的潜在危险区域进行预警。

8、优选地，所述采集监测区域施工前的遥感影像，提取地表光谱特征和纹理特征，分析土壤松散情况包括以下具体步骤：

9、采集监测区域施工前的遥感影像并进行预处理，提取地表光谱特征和纹理特征，所述地表光谱特征包括归一化差分植被指数和裸土亮度指数，所述纹理特征包括纹理熵；

10、通过数值1与归一化差分植被指数的差值除以数值2获取地表裸露权重，通过对裸土亮度指数和纹理熵加权求和后，再乘以地表裸露权重获取土壤松散度指数，即土壤松散度指数通过公式：获取，其中，为土壤松散度指数，为裸土亮度指数，为纹理熵，为归一化差分植被指数，为裸土亮度对应权重，为纹理对应权重。

11、优选地，所述采集施工设备的施工数据，结合监测区域的地质状态，分析施工设备的施工难度包括以下具体步骤：

12、采集施工设备的施工数据，所述施工数据包括输出功率、施工运行速度和激振频率；

13、通过设定时间段内的输出功率和施工运行速度的标准差分别除以对应时间段内的平均值获取输出功率异常值和施工运行速度异常值，通过设定时间段内的激振频率平均值除以激振频率安全值获取激振频率异常值，通过对输出功率异常值、施工运行速度异常值和激振频率异常值加权求和获取施工设备施工异常值，即施工设备施工异常值通过公式：获取，其中，为施工设备施工异常值，为输出功率的标准差，为对应时间段内输出功率的平均值，为施工运行速度的标准差，为对应时间段内施工运行速度的平均值，为激振频率平均值，为激振频率安全值，为输出功率对应权重，为施工速度对应权重，为激振频率对应权重；

14、采集监测区域的土壤介质数据，所述土壤介质数据包括土壤密度和土壤抗剪强度；

15、通过土壤密度和土壤抗剪强度分别除以对应的施工设备安全运行下的最大值获取土壤密度异常值和土壤抗剪强度异常值，通过对土壤密度异常值和土壤抗剪强度异常值加权求和获取土壤施工难度影响值，即土壤施工难度影响值通过公式：获取，其中，为土壤施工难度影响值，为土壤密度，为施工设备安全运行下土壤密度的最大值，为土壤抗剪强度，为施工设备安全运行下土壤抗剪强度的最大值，为土壤密度对应权重，为土壤抗剪强度对应权重；

16、通过对施工设备施工异常值和土壤施工难度影响值加权求和获取施工难度指数，即施工难度指数通过公式：获取，其中，为施工难度指数，为施工异常对应权重，为施工难度对应权重。

17、优选地，所述结合施工难度分析施工过程中对施工设备的损伤，并模拟施工在监测区域的传播分布情况包括以下具体步骤：

18、将监测区域均匀的划分为若干个网格，获取每个网格中心点到施工设备作业中心点的距离；

19、通过施工难度指数与标准工况下的施工难度指数的差值乘以施工设备材质磨损系数获取工况难度差异修正指数，通过自然常数e的工况难度差异修正指数次方获取工况损伤修正系数，通过标准工况下的基准损伤速率乘以工况损伤修正系数获取当前工况下的施工设备损伤速率，通过当前工况下的施工设备损伤速率乘以预期施工作业时长获取当前工况下的施工总损伤量，即施工总损伤量通过公式：获取，其中，为施工总损伤量，为标准工况下的基准损伤速率，为预期施工作业时长，为标准工况下的施工难度指数，为施工设备材质磨损系数；

20、通过损伤敏感系数与当前工况下的施工总损伤量的乘积再加上数值1获取损伤影响修正系数，通过影响修正系数乘以标准状态下的基准振源幅值获取实际振源幅值，即实际振源幅值通过公式：获取，其中，为实际振源幅值，为标准状态下的基准振源幅值，为损伤敏感系数；

21、通过土壤松散度指数与土壤松散度衰减转化系数的乘积，再加上基准土壤衰减系数获取土壤衰减系数，即土壤衰减系数通过公式：获取，其中，为土壤衰减系数，为基准土壤衰减系数，为土壤松散度衰减转化系数；

22、通过标准工况下网格中心点到施工设备作业中心点的标准距离除以当前网格中心点到施工设备作业中心点的距离获取振幅衰减因子，通过土壤衰减系数乘以当前网格中心点到施工设备作业中心点的距离获取土壤吸收衰减指数，通过自然常数e的负的土壤吸收衰减指数次方获取土壤对振动能量的保留值，即土壤对振动能量的保留值通过公式：获取，其中，为土壤对振动能量的保留值，为当前网格中心点到施工设备作业中心点的距离；

23、通过实际振源幅值、振幅衰减因子和土壤对振动能量的保留值的乘积获取当前网格中心点的扰动分布强度，即扰动分布强度通过公式：获取，其中，为扰动分布强度，为标准工况下网格中心点到施工设备作业中心点的标准距离。

24、优选地，所述采集监测区域内水利设施的位置数据、损伤数据和脆弱性数据，对水利设施与施工扰动传播分布情况进行空间分析包括以下具体步骤：

25、采集监测区域内水利设施的位置数据、损伤数据和脆弱性数据，所述位置数据包括水利设施中心坐标和水利设施线性长度，所述损伤数据包括裂缝长度和腐蚀深度，所述脆弱性数据包括水利设施材质和已使用时长；

26、通过对裂缝长度和腐蚀深度分别除以对应的安全值获取裂缝危险值和腐蚀危险值，通过对裂缝危险值和腐蚀危险值加权求和获取水利设施损伤程度，即水利设施损伤程度通过公式：获取，其中，为水利设施损伤程度，为裂缝长度，为裂缝长度对应的安全值，为腐蚀深度，为腐蚀深度对应的安全值，为裂缝长度对应权重，为腐蚀深度对应权重；

27、根据水利设施材质获取材质危险性因子，根据已使用时长与水利设施出厂寿命的比值，再乘以材质危险性因子获取水利设施脆弱性系数，即水利设施脆弱性系数通过公式：获取，其中，为水利设施脆弱性系数，为材质危险性因子，为已使用时长，为水利设施出厂寿命；

28、获取水利设施中心坐标和水利设施线性长度经过的监测区域网格，筛选经过的监测区域网格中扰动分布强度的最大值，作为外部扰动强度。

29、优选地，所述获取水利设施所在区域的危险程度，对超出危险程度阈值的潜在危险区域进行预警包括以下具体步骤：

30、通过水利设施损伤程度与损伤放大因子的乘积加上数值1获取损伤影响值，通过外部扰动强度、水利设施脆弱性系数和损伤影响值的乘积获取水利设施所在区域的综合危险指数，即综合危险指数通过公式：获取，其中，为综合危险指数，为损伤放大因子，为外部扰动强度；

31、获取预设的危险指数阈值，筛选出超出危险指数阈值的综合危险指数对应的水利设施所在区域，将其设定为潜在危险区域，并同步进行预警。

32、第二方面，本发明提供基于图像识别的水利施工扰动区域识别系统，包括：

33、土壤松散分析模块，用于采集监测区域施工前的遥感影像，提取地表光谱特征和纹理特征，分析土壤松散情况；

34、施工难度分析模块，用于采集施工设备的施工数据，结合监测区域的地质状态，分析施工设备的施工难度；

35、传播分布模拟模块，用于结合施工难度分析施工过程中对施工设备的损伤，并模拟施工在监测区域的传播分布情况；

36、设施空间分析模块，用于采集监测区域内水利设施的位置数据、损伤数据和脆弱性数据，对水利设施与施工扰动传播分布情况进行空间分析；

37、扰动区域预警模块，用于获取水利设施所在区域的危险程度，对超出危险程度阈值的潜在危险区域进行预警。

38、第三方面，本发明提供一种存储介质，所述存储介质包括存储的指令，其中，在所述指令运行时控制所述存储介质所在的设备执行如上述的基于图像识别的水利施工扰动区域识别方法。

39、第四方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器，以及一个或者一个以上的指令，其中一个或者一个以上指令存储于存储器中，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行如上述的基于图像识别的水利施工扰动区域识别方法。

40、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采集监测区域施工前的遥感影像，分析土壤松散情况，采集施工设备的施工数据，结合施工难度分析施工过程中对施工设备的损伤，并模拟施工在监测区域的传播分布情况，采集监测区域内水利设施数据，获取水利设施所在区域的危险程度，对超出危险程度阈值的潜在危险区域进行预警，本发明不同于现有技术依赖离散地质钻探、忽略施工设备动态损伤演变且缺乏对水利设施既有病害综合考量的问题，本发明实现了从地表状态感知、施工扰动动态演化到设施风险精准判定的分析，精准预测因地质松散与施工设备磨损加剧的扰动影响，识别潜在危险的水利设施，从而提升施工扰动区域识别的及时性和精确性，保障施工安全。