本發(fā)明屬于水下探測(cè)領(lǐng)域，尤其是一種水工建筑物水下缺陷聲光多視場(chǎng)探測(cè)裝置與方法。

背景技術(shù)：

1、水工建筑物作為重大水利工程的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，其安全性和可靠性直接關(guān)系到工程的整體運(yùn)行狀態(tài)和下游區(qū)域的安全。隨著我國(guó)水利工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和服務(wù)年限的持續(xù)延長(zhǎng)，水工建筑物缺陷檢測(cè)的重要性日益凸顯。傳統(tǒng)的人工巡檢方式存在效率低、覆蓋面有限、檢測(cè)精度依賴人員經(jīng)驗(yàn)等固有缺陷。因此，開(kāi)發(fā)高效、智能的缺陷檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)水工建筑物健康狀況的準(zhǔn)確評(píng)估和及時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)于預(yù)防安全事故、延長(zhǎng)工程使用壽命、降低維護(hù)成本具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2、目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)水工建筑物缺陷檢測(cè)開(kāi)展了大量研究工作。在聲學(xué)檢測(cè)方面，主要采用超聲波、聲發(fā)射等技術(shù)進(jìn)行裂縫、孔洞等內(nèi)部缺陷的探測(cè)，但這些方法往往需要專業(yè)設(shè)備和復(fù)雜的信號(hào)處理過(guò)程。在光學(xué)檢測(cè)方面，已有研究開(kāi)展了基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的表面缺陷識(shí)別，如采用傳統(tǒng)圖像處理算法進(jìn)行裂縫檢測(cè)和尺寸測(cè)量，或利用單一深度學(xué)習(xí)模型進(jìn)行缺陷分類(lèi)。在多視場(chǎng)融合方面，現(xiàn)有研究主要關(guān)注簡(jiǎn)單場(chǎng)景下的目標(biāo)重建和三維建模，缺乏針對(duì)復(fù)雜水工環(huán)境的系統(tǒng)性解決方案。

3、然而，現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在以下幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：首先，在特征提取方面，現(xiàn)有方法難以有效處理水工環(huán)境中的復(fù)雜背景干擾和光照變化，特別是在提取多尺度、多模態(tài)特征時(shí)缺乏自適應(yīng)性和魯棒性；其次，在目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤方面，現(xiàn)有算法在處理高度相似目標(biāo)和頻繁遮擋情況時(shí)容易出現(xiàn)漂移和id切換，且缺乏有效的軌跡管理機(jī)制；第三，在位置估計(jì)方面，現(xiàn)有方法難以同時(shí)保證初始定位的快速性和精確定位的準(zhǔn)確性，特別是在處理非線性誤差和系統(tǒng)不確定性時(shí)表現(xiàn)不足；第四，在多源信息融合方面，現(xiàn)有技術(shù)缺乏有效的特征空間優(yōu)化和度量學(xué)習(xí)策略，難以充分利用聲光信息的互補(bǔ)性；第五，在時(shí)空優(yōu)化方面，現(xiàn)有方法在處理多目標(biāo)協(xié)同約束和軌跡平滑時(shí)往往采用簡(jiǎn)單的啟發(fā)式規(guī)則，難以實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)的布局優(yōu)化。此外，現(xiàn)有系統(tǒng)普遍缺乏可靠的質(zhì)量評(píng)估機(jī)制，難以對(duì)檢測(cè)結(jié)果的可信度進(jìn)行量化評(píng)估。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的，提供一種水工建筑物水下缺陷聲光多視場(chǎng)探測(cè)裝置與方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題。

2、技術(shù)方案，水工建筑物水下缺陷聲光多視場(chǎng)探測(cè)方法，包括如下步驟：

3、s1、獲取原始數(shù)據(jù)，包括原始聲吶數(shù)據(jù)、原始光學(xué)圖像數(shù)據(jù)和原始慣性測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)原始數(shù)據(jù)分別進(jìn)行濾波處理，得到濾波后原始數(shù)據(jù)；基于濾波后原始數(shù)據(jù)，構(gòu)建預(yù)處理后的多模態(tài)數(shù)據(jù)張量；

4、s2、基于預(yù)處理后的多模態(tài)數(shù)據(jù)張量和預(yù)存儲(chǔ)的標(biāo)定參數(shù)，對(duì)多模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間配準(zhǔn)處理，得到統(tǒng)一坐標(biāo)系下的多模態(tài)數(shù)據(jù)；

5、s3、基于統(tǒng)一坐標(biāo)系下的多模態(tài)數(shù)據(jù)，采用自適應(yīng)張量分解方法進(jìn)行處理，得到機(jī)器人實(shí)時(shí)位置坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)；

6、s4、基于統(tǒng)一坐標(biāo)系下的多模態(tài)數(shù)據(jù)和機(jī)器人實(shí)時(shí)位置坐標(biāo)，采用多尺度特征分析方法進(jìn)行處理，得到目標(biāo)位置坐標(biāo)和目標(biāo)特征描述；

7、s5、基于目標(biāo)位置坐標(biāo)、目標(biāo)特征描述和運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，采用時(shí)空優(yōu)化方法和不確定性分析方法進(jìn)行處理，得到最終目標(biāo)定位結(jié)果和置信度評(píng)估結(jié)果。

8、水工建筑物水下缺陷聲光多視場(chǎng)探測(cè)裝置，包括：

9、本體，

10、設(shè)置于本體上的聲吶和攝像頭；

11、以及與聲吶和攝像頭通信連接的水工建筑物缺陷聲光多視場(chǎng)探測(cè)系統(tǒng)，

12、所述水工建筑物缺陷聲光多視場(chǎng)探測(cè)系統(tǒng)包括：

13、至少一個(gè)處理器；以及，

14、與至少一個(gè)所述處理器通信連接的存儲(chǔ)器；其中，

15、所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有可被所述處理器執(zhí)行的指令，所述指令用于被所述處理器執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)所述的水工建筑物水下缺陷聲光多視場(chǎng)探測(cè)方法。

16、有益效果，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了從目標(biāo)檢測(cè)到軌跡優(yōu)化的全流程自動(dòng)化處理，提升了系統(tǒng)的整體性能和軌跡平滑度，提高了目標(biāo)檢測(cè)的準(zhǔn)確率和目標(biāo)跟蹤的成功率，位置精度達(dá)到厘米級(jí)；實(shí)現(xiàn)了水工環(huán)境中的探測(cè)的穩(wěn)定性和可靠性，為水下目標(biāo)監(jiān)測(cè)和軌跡分析提供了有力的技術(shù)支持。

技術(shù)特征：

1.水工建筑物水下缺陷聲光多視場(chǎng)探測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水工建筑物水下缺陷聲光多視場(chǎng)探測(cè)方法，其特征在于，步驟s1進(jìn)一步為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水工建筑物水下缺陷聲光多視場(chǎng)探測(cè)方法，其特征在于，步驟s2進(jìn)一步為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水工建筑物水下缺陷聲光多視場(chǎng)探測(cè)方法，其特征在于，步驟s3進(jìn)一步為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水工建筑物水下缺陷聲光多視場(chǎng)探測(cè)方法，其特征在于，步驟s4進(jìn)一步為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水工建筑物水下缺陷聲光多視場(chǎng)探測(cè)方法，其特征在于，步驟s5進(jìn)一步為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水工建筑物水下缺陷聲光多視場(chǎng)探測(cè)方法，其特征在于，步驟s11進(jìn)一步為：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水工建筑物水下缺陷聲光多視場(chǎng)探測(cè)方法，其特征在于，步驟s21進(jìn)一步為：

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水工建筑物水下缺陷聲光多視場(chǎng)探測(cè)方法，其特征在于，步驟s32進(jìn)一步為：

10.水工建筑物水下缺陷聲光多視場(chǎng)探測(cè)裝置，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種水工建筑物水下缺陷聲光多視場(chǎng)探測(cè)裝置與方法，該方法包括：獲取原始數(shù)據(jù)，對(duì)原始數(shù)據(jù)分別進(jìn)行濾波處理，得到濾波后原始數(shù)據(jù)；基于濾波后原始數(shù)據(jù)，構(gòu)建預(yù)處理后的多模態(tài)數(shù)據(jù)張量；對(duì)多模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間配準(zhǔn)處理，得到統(tǒng)一坐標(biāo)系下的多模態(tài)數(shù)據(jù)；采用自適應(yīng)張量分解方法進(jìn)行處理，得到機(jī)器人實(shí)時(shí)位置坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)；采用多尺度特征分析方法進(jìn)行處理，得到目標(biāo)位置坐標(biāo)和目標(biāo)特征描述；采用時(shí)空優(yōu)化方法和不確定性分析方法進(jìn)行處理，得到最終目標(biāo)定位結(jié)果和置信度評(píng)估結(jié)果。本發(fā)明提升了檢測(cè)精度和系統(tǒng)魯棒性，提高檢測(cè)準(zhǔn)確率，系統(tǒng)定位精度達(dá)到厘米級(jí)，特別適用于復(fù)雜水工環(huán)境下的缺陷智能探測(cè)。

技術(shù)研發(fā)人員：向衍,陳思宇,張凱,王亞坤,沈光澤,戴波,劉成棟
受保護(hù)的技術(shù)使用者：水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9