一種地鐵隧道管片滲漏水的遠(yuǎn)距離測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及地鐵隧道管片檢測領(lǐng)域，具體涉及一種地鐵隧道管片滲漏水的遠(yuǎn)距離 測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隧道滲漏水現(xiàn)象在運(yùn)營隧道中非常普遍，是一種常見的病害，若不及時(shí)對其進(jìn)行 修補(bǔ)，將會(huì)降低管片結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，并引發(fā)鋼筋和螺栓腐蝕、管片開裂及混凝土剝落等其他病 害，會(huì)嚴(yán)重危害隧道的運(yùn)營并且可能導(dǎo)致安全事故。
[0003] 目前，國內(nèi)傳統(tǒng)的盾構(gòu)隧道滲漏水檢測方法，是安排受過培訓(xùn)的專業(yè)人員對隧道 進(jìn)行定期檢測，根據(jù)肉眼觀察結(jié)果進(jìn)行判斷，其工作量大、耗費(fèi)人力和物力多且檢測精度不 高。隨著科技的進(jìn)步，無損檢測的方法應(yīng)運(yùn)而生。計(jì)算機(jī)高性能處理器、大容量存儲(chǔ)器以及 圖像處理技術(shù)的飛速發(fā)展，使得基于圖像處理技術(shù)的隧道襯砌表面病害自動(dòng)檢測技術(shù)成為 了可能。但其在隧道病害檢測方面的研究還是比較少而且不成熟。黃永杰等提出了基于數(shù) 字圖像自動(dòng)識別算法的盾構(gòu)隧道滲漏水自動(dòng)檢測技術(shù)，采用自主研發(fā)的檢測系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場 滲漏信息的采集、識別、抓取和處理而完成盾構(gòu)隧道的滲漏水檢測。但是處理對象是近距離 拍攝，對于遠(yuǎn)距離的圖像效果并不具有適用性。劉學(xué)增等以隧道襯砌滲漏水面積為檢測目 標(biāo)，研究出包括去噪、銳化、分割、修正的一整套數(shù)字圖像處理算法，但研究成果對照片質(zhì)量 依賴性較大，針對復(fù)雜的圖像處理效果并不理想。綜上，現(xiàn)有檢測技術(shù)存在照片依賴性大， 適用范圍小等問題，研究一種效率高、檢測精確的地鐵隧道管片滲漏水遠(yuǎn)距離檢測算法是 十分有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種地鐵隧道管片滲漏水的遠(yuǎn) 距離測量方法，從而實(shí)現(xiàn)在昏暗的地鐵隧道環(huán)境下對管片滲漏水的面積的實(shí)時(shí)、高效和精 確的檢測。
[0005] 為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] -種地鐵隧道管片滲漏水的遠(yuǎn)距離測量方法，具體包括如下步驟：
[0007] a.將(XD相機(jī)置于距離地鐵隧道管片6-10米處，正對地鐵隧道管片拍攝圖像；
[0008] b.根據(jù)步驟a采集的彩色圖像，將彩色圖像進(jìn)行灰度化處理，灰度化公式如下：
[0009] f = 0.3R+0.59G+0.11B
[0010] 其中，f為圖像的灰度值，R，G，B為真彩圖像每個(gè)像素點(diǎn)的3個(gè)參數(shù)值；
[0011] c.根據(jù)步驟b灰度化后的圖像，通過灰度拉伸來提升圖像中滲漏水與背景的對比 度，灰度拉伸公式如下： - Ο Ο <./' < a
[0012] /-< a < f < h b-a 255 bSf <25.5
[0013] 上述公式中a，b分別為上下閾值，f'為灰度拉伸后的灰度值；
[0014] d.根據(jù)步驟c得到預(yù)處理后的圖像，采用改進(jìn)迭代法對地鐵隧道管片滲漏水圖像 進(jìn)行二值分割；
[0015] e.根據(jù)步驟d得到的二值圖像，采用基于連通區(qū)域的多級濾波算法處理，具體包括 三個(gè)部分，分別為基于連通區(qū)域小面積濾波，基于連通區(qū)域的圓形度濾波以及特殊噪聲濾 波；
[0016] f.對于步驟c得到預(yù)處理后的灰度圖像，對地鐵隧道管片滲漏水圖像進(jìn)行3X2分 塊劃分，針對每一塊區(qū)域采用〇stu最大類間方差法圖像分割；
[0017] g.經(jīng)過步驟f分塊閾值分割后的圖像，能夠保留管片的邊緣信息，為了提取管片邊 緣位置，用Canny算子對其進(jìn)行邊緣檢測，將地鐵隧道管片滲漏水圖像的邊緣全部提取出 來，為了有針對的得到管片的邊緣在豎直方向，有如下附加條件公式：
[0018] Pl.x-P2.x| <TC
[0019] 其中PI. x和P2.x分別是直線兩端的橫坐標(biāo)，將兩者做差的絕對值小于閾值TC的直 線提取出來；
[0020] h.根據(jù)步驟g提取出來的管片邊緣直線，得到邊緣直線間的像素點(diǎn)數(shù)，同時(shí)已知管 片的寬度，對應(yīng)得到每個(gè)像素點(diǎn)的實(shí)際寬度，也算出圖像上每個(gè)像素點(diǎn)的實(shí)際面積，進(jìn)一步 驗(yàn)證測量精度；
[0021] i.根據(jù)步驟e通過多級濾波后得到的滲漏水區(qū)域，由步驟h得到的換算方法直接換 算成實(shí)際面積。
[0022] 所述步驟d中的采用改進(jìn)迭代法對地鐵隧道管片滲漏水圖像進(jìn)行二值分割，具體 步驟如下：
[0023] 1)設(shè)定灰度值偏大區(qū)域自動(dòng)轉(zhuǎn)化成背景區(qū)域，其閾值為，最小灰度值為0,令 初始閾值為：
[0024] To= {Tk I k = 0}
[0025] To=(0 + T/max)/2
[0026] 2)利用閾值Tk將圖像分成兩組，Ri和R2，其中
[0027] Ri = {f(x,y) |〇 < f(x,y) < Tk}
[0028] R2 = {f (x,y) I Tk+1 < f (x,y) < T7 max}
[0029] 3)計(jì)算區(qū)域RjPR2的平均灰度值ZjPZ2,其中 2],/(/"./) x,V(/,./)
[0030] Zj -
[0031] %= - X-Vu,./)
[0032] 式中，f(i，j)是圖像上點(diǎn)（i，j)的灰度值，N(i，j)是點(diǎn)（i，j)的權(quán)重系數(shù)，一般設(shè)為 1；
[0033] 4)選擇新的閾值：
[0034] Tk+i = (Zi+Z2)/2
[0035] 5)如果|Tk+1_Tk| < 1，則迭代結(jié)束，否則k = k+l，跳轉(zhuǎn)步驟2)繼續(xù)迭代。
[0036] 所述步驟e的采用基于連通區(qū)域的多級濾波算法，具體為：
[0037] 1)基于二值圖像連通區(qū)域小面積濾波
[0038] 滲漏水在二值圖像中一般是不規(guī)則的團(tuán)狀分布，相比于分布的點(diǎn)狀噪聲面積更 大，設(shè)Pk(x，y)為二值圖像的連通區(qū)域，N為連通區(qū)域的個(gè)數(shù)，S k為每個(gè)連通區(qū)域的面積，設(shè)定 一個(gè)閾值Tz，濾波公式如下： 0, Sk < T,
[0039] Α(Χ,>〇 = < 1 苴他；1=1,2:,3, " ·,況
[0040] 2)基于連通區(qū)域圓形度濾波
[0041] 二值圖像中存在著大量的塊狀噪聲，其中含有螺栓孔屬于圓形結(jié)構(gòu)，與滲漏水的 不規(guī)則結(jié)構(gòu)并不一樣，因此利用連通域的圓形度進(jìn)行濾波，圓形度計(jì)算公式如下：
[0042] (6=-- cl
[0043] 其中Ck為連通區(qū)域的面積，理想情況下，對于圓形，e的值等于l，e越小越不規(guī)則， 設(shè)定一個(gè)閾值T b，濾波公式如下： ? 0, e > Th
[0044] Pk {x；, y) - < . H /, ； k = 1,2,3:, * · ·, ^ ? 1 1，其他
[0045] 3)特殊噪聲濾波
[0046] 前兩種濾波處理后還存在特殊噪聲，由于它的寬度w或者高度h變化不大，逐行掃 描圖像計(jì)算連通域的寬度和高度，統(tǒng)計(jì)其寬度或者高度眾數(shù)出現(xiàn)的次數(shù)，分別為N w和Nh，設(shè) 定兩個(gè)閾值Iw和Th，濾波公式如下所示： ? 0, Nv, > Tw or Nh >Th
[0047] = 1 , 甘仙 ；Κ，2,3，·.?
[1, 其他 ο
[0048] 所述步驟h的驗(yàn)證測量精度是通過根據(jù)第一塊管片的單個(gè)像素實(shí)際長度來驗(yàn)證第 二塊管片來實(shí)現(xiàn)，具體如下：
[0049] 其中管片的實(shí)際寬度均為W米，第一塊管片經(jīng)計(jì)算像素點(diǎn)數(shù)為N，第二塊管片像素 點(diǎn)數(shù)為Λ，按照提換算公式得到管片2所測得的寬度為： w
[0050] W7 =--N, N
[0051] 第二塊管片的實(shí)際的寬度W米，計(jì)算實(shí)際管片的面積誤差為： IW72 -W2 I
[0052] σ ^ ~-~~r--U lOO% IV ~ 〇.
[0053] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)： [0054]本發(fā)明對于地鐵隧道管片滲漏水面積測量無需人工參與，提高工作效率，適合在 實(shí)時(shí)的系統(tǒng)中采用。采用面測量，同時(shí)對于滲漏水面積大小可以通過程序換算實(shí)時(shí)標(biāo)定，減 小勞動(dòng)強(qiáng)度。因此，該檢測算法效率高、檢測精確。
【附圖說明】
[0055]圖1是本發(fā)明的算法的總流程圖。
[0056]圖2是管片滲漏水圖像的灰度圖。
[0057]圖3是通過改進(jìn)迭代法處理后的二值圖像。
[0058]圖4是地鐵滲漏水圖像中的圓形噪聲以及特殊噪聲。
[0059]圖5是管片邊緣特征提取圖。
[0060]圖6是通過算法最終提取的滲漏水區(qū)域。
【具體實(shí)施方式】
[0061]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體說明，
[0062] 如圖1所示，一種地鐵隧道管片滲漏水的遠(yuǎn)距離測量方法，具體包括如下步驟： [0063] a.將(XD相機(jī)置于距離地鐵隧道管片8米處，正對地鐵隧道管片拍攝圖像；
[0064] b.根據(jù)步驟a采集的彩色圖像，將彩色圖像進(jìn)行灰度化處理，灰度化公式如下：
[0065] f = 0.3R+0.59G + 0.11B
[0066] 其中，f為圖像的灰度值，R，G，B為真彩圖像每個(gè)像素點(diǎn)的3個(gè)參數(shù)值，如圖2所示；
[0067] c.根據(jù)步驟b灰度化后的圖像，通過灰度拉伸來提升圖像中滲漏水與背景的對比 度，灰度拉伸公式如下： " 0 0</<?： ， 255
[0068] f--(f-a) a < f < h b - a 255 h < f < 255
[0069] 上述公式中a，b分別為上下閾值，f'為灰度拉伸后的灰度值;本實(shí)施例中a = 20，b = 200；
[0070] d.根據(jù)步驟c得到預(yù)處理后的圖像，采用改進(jìn)迭代法對地鐵隧道管片滲漏水圖像 進(jìn)行二值分割，如圖3所示；
[0071] e.根據(jù)步驟d得到的二值圖像，采用基于連通區(qū)域的多級濾波算法處理，具體包括 三個(gè)部分，分別為基于連通區(qū)域小面積濾波，基于連通區(qū)域的圓形度濾波以及特殊噪聲濾 波，如圖4所示；
[0072] f.對于步驟c得到預(yù)處理后的灰度圖像，對地鐵隧道管片滲漏水圖像進(jìn)行3X2分 塊劃分，針對每一塊區(qū)域采用〇stu最大類間方差法圖像分割；
[007