基于多模态数据融合的水工隧洞缺陷检测方法及系统与流程

本发明涉及水工隧洞缺陷检测，尤其涉及基于多模态数据融合的水工隧洞缺陷检测方法及系统。

背景技术：

1、目前，水工隧洞长期处于潮湿环境，衬砌表面及衬砌内部可能出现渗漏、含水异常等缺陷。随着无损检测和结构状态分析技术的发展，红外热成像逐渐用于根据洞壁温度分布识别表面异常，地质雷达逐渐用于根据电磁回波变化检测衬砌内部及背后的异常区域，部分结构状态分析方法还采用马尔科夫模型，根据周期检测结果之间的状态转移关系描述衬砌状态的变化过程。

2、在一种现有技术中，分别利用红外热成像设备采集水工隧洞洞壁温度数据，根据局部温度差异确定表面异常区域，并利用地质雷达采集衬砌地质雷达数据，根据雷达回波的幅值、相位或走时变化确定深部异常区域。由于洞壁温度数据与衬砌地质雷达数据具有不同的数据维度和空间表达形式，两类检测结果通常按照各自的检测位置分别进行判读，使表面温度异常与深部电磁异常之间缺少直接的空间对应关系。当洞壁受潮、冷凝或局部温度变化形成表面异常时，对应位置是否同时存在深部含水异常难以通过两类独立检测结果进行准确确认，雷达检测形成的深部异常也难以与洞壁表面的异常区域形成稳定对应。同时，检测位置多依赖检测平台位移累计获取，累计误差随检测距离增大，进一步影响两类检测结果在空间位置上的对应精度。

3、现有技术中存在水工隧洞表面异常与深部异常难以准确关联的问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于多模态数据融合的水工隧洞缺陷检测方法及系统，以解决现有技术中存在的水工隧洞表面异常与深部异常难以准确关联的问题。

2、第一方面，为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于多模态数据融合的水工隧洞缺陷检测方法，包括：

3、获取水工隧洞的洞壁温度数据、三维激光扫描数据、衬砌地质雷达数据和检测位置数据；

4、根据所述三维激光扫描数据对所述检测位置数据进行修正，得到修正位置数据，根据所述修正位置数据对水工隧洞洞壁进行网格划分，得到洞壁检测单元，并将所述洞壁温度数据和所述衬砌地质雷达数据关联至对应的所述洞壁检测单元，得到配准温度数据和保留走时序列的配准雷达数据；

5、对所述配准温度数据进行局部背景去除，得到温差数据，根据所述温差数据提取温度异常向量，对所述配准雷达数据进行相位解卷绕，得到雷达响应数据，根据所述雷达响应数据提取电磁异常向量；

6、将同一所述洞壁检测单元对应的所述温度异常向量和所述电磁异常向量组合为对应特征组，将各所述洞壁检测单元依次作为目标检测单元，根据所述目标检测单元和相邻所述洞壁检测单元对应的所述对应特征组进行跨模态相关度量，得到所述目标检测单元的关联响应值；

7、根据所述温度异常向量、所述电磁异常向量和所述关联响应值筛选缺陷检测单元，对空间相邻的所述缺陷检测单元进行区域合并，得到隧洞缺陷结果。

8、第二方面，本发明提供了一种基于多模态数据融合的水工隧洞缺陷检测系统，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的方法。

9、相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

10、（1）本发明通过将水工隧洞的洞壁温度数据和衬砌地质雷达数据关联至对应的洞壁检测单元，对配准温度数据进行局部背景去除并提取温度异常向量，同时对保留走时序列的配准雷达数据进行相位解卷绕并提取电磁异常向量，使洞壁局部温度变化与衬砌内部电磁响应分别转化为具有空间位置对应关系的异常特征。该处理能够减小洞壁整体温度变化对局部温度异常判定的影响，并保留雷达回波的幅值、相位及走时信息，为表面异常与深部异常的联合分析提供数据基础。另外，根据三维激光扫描数据提取的断面轮廓和运动轨迹对检测位置数据进行修正，能够减小检测平台位移累计误差对网格划分和空间配准的影响，提高洞壁检测单元与两类检测数据关联的位置精度。

11、（2）本发明通过将同一洞壁检测单元对应的温度异常向量和电磁异常向量组成对应特征组，并针对各目标检测单元及相邻洞壁检测单元进行跨模态相关度量，使原本分别表征洞壁表面状态和衬砌深部状态的两类异常信息在相同空间范围内建立关联关系。由此能够利用表面温度异常与深部电磁异常之间的共同变化对单一模态检测结果进行相互验证，降低仅依据洞壁温度异常或雷达局部异常进行缺陷判断时产生误判的可能性，提高水工隧洞缺陷关联检测的可靠性。

12、（3）本发明通过结合温度异常向量、电磁异常向量和关联响应值筛选缺陷检测单元，并对空间相邻的缺陷检测单元进行区域合并形成缺陷区域，同时利用缺陷区域对应雷达响应数据中的异常回波走时确定缺陷深度。该处理将洞壁表面的缺陷位置与雷达走时维度中的深度信息建立对应，使检测结果能够反映缺陷在洞壁表面的位置及衬砌深度方向的分布情况，为水工隧洞缺陷的空间定位提供较为完整的检测结果。

1.一种基于多模态数据融合的水工隧洞缺陷检测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于多模态数据融合的水工隧洞缺陷检测方法，其特征在于，所述根据所述修正位置数据对水工隧洞洞壁进行网格划分，得到洞壁检测单元，并将所述洞壁温度数据和所述衬砌地质雷达数据关联至对应的所述洞壁检测单元，得到配准温度数据和保留走时序列的配准雷达数据，包括：

3.根据权利要求1所述的基于多模态数据融合的水工隧洞缺陷检测方法，其特征在于，所述对所述配准温度数据进行局部背景去除，得到温差数据，包括：

4.根据权利要求1所述的基于多模态数据融合的水工隧洞缺陷检测方法，其特征在于，所述根据所述温差数据提取温度异常向量，包括：

5.根据权利要求1所述的基于多模态数据融合的水工隧洞缺陷检测方法，其特征在于，所述对所述配准雷达数据进行相位解卷绕，得到雷达响应数据，包括：

6.根据权利要求1所述的基于多模态数据融合的水工隧洞缺陷检测方法，其特征在于，所述根据所述雷达响应数据提取电磁异常向量，包括：

7.根据权利要求1所述的基于多模态数据融合的水工隧洞缺陷检测方法，其特征在于，所述将同一所述洞壁检测单元对应的所述温度异常向量和所述电磁异常向量组合为对应特征组，包括：

8.根据权利要求1所述的基于多模态数据融合的水工隧洞缺陷检测方法，其特征在于，所述根据所述目标检测单元和相邻所述洞壁检测单元对应的所述对应特征组进行跨模态相关度量，得到所述目标检测单元的关联响应值，包括：

9.根据权利要求1所述的基于多模态数据融合的水工隧洞缺陷检测方法，其特征在于，所述根据所述温度异常向量、所述电磁异常向量和所述关联响应值筛选缺陷检测单元，对空间相邻的所述缺陷检测单元进行区域合并，得到隧洞缺陷结果，包括：

10.一种基于多模态数据融合的水工隧洞缺陷检测系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至9任一项所述的方法。