[发明专利]基于温度变化匹配的隧道衬砌渗漏水感知方法及系统

权利要求书

1.基于温度变化匹配的隧道衬砌渗漏水感知方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对隧道衬砌的待检区域进行热激励，生成对应的待检温度变化曲线；

S2：将待检区域的待检温度变化曲线与预设的各种渗漏水工况对应的温度变化对比曲线进行匹配，若匹配成功，则将待检区域作为疑似渗漏水区域；

S3：获取疑似渗漏水区域在热激励下的渗漏水热图像，在渗漏水热图像中确定渗漏水点；

S4：基于渗漏水点对渗漏水热图像进行图像分割，得到对应的渗漏水区域；

S5：计算渗漏水区域的渗漏水面积，进而确定疑似渗漏水区域的渗漏水严重程度。

2.如权利要求1所述的基于温度变化匹配的隧道衬砌渗漏水感知方法，其特征在于：步骤S1中，通过红外辐射单元发射特定波长的红外线形成热辐射对待检区域进行热激励，以使得待检区域产生温度变化。

3.如权利要求1所述的基于温度变化匹配的隧道衬砌渗漏水感知方法，其特征在于：步骤S1中，获取待检区域的实际温度，并根据指定时段内或待检区域升温至指定温度时的温度变化情况生成对应的待检温度变化曲线；

通过如下公式计算待检区域的实际温度：

式中：T₀表示待检区域的实际温度；ε_λ表示待检区域的发射率；τ_aλ表示隧道内部的大气透射率；α_λ表示待检区域的表面吸收率；ε_aλ表示隧道内部的大气辐射率；表示第n个被测试点红外指示温度；表示第n个被测试点隧道内部的大气温度；表示第n个被测试点隧道内部的环境温度；上标n表示被测点的数量。

4.如权利要求1所述的基于温度变化匹配的隧道衬砌渗漏水感知方法，其特征在于：步骤S3中，通过尺度不变特征变换算法识别渗漏水热图像中的特征点，然后通过运动统计算法剔除误检的特征点，最后基于渗漏水热图像中剩余的特征点确定待检区域的渗漏水点。

5.如权利要求4所述的基于温度变化匹配的隧道衬砌渗漏水感知方法，其特征在于：通过如下步骤确定渗漏水热图像中的特征点：

S301：将渗漏水热图像的尺度空间定义为变尺度的高斯函数G(x,y,σ)与图像I(x,y)的卷积；

渗漏水热图像的卷积尺度表示为：

式中：L(x,y,σ)表示尺度空间函数，通过改变σ的大小突出图像在不同尺度上的特征；k'σ表示可变的尺度空间因子，为保证同一特征通过不同尺度展示出来；G(x,y,k'σ)表示不同尺度的高斯差分核；D(x,y,σ)表示高斯差分函数；*表示卷积操作；σ表示尺度空间因子；k'σ表示可变的尺度空间因子；

S302：通过X＝(x,y,σ)^T表示渗漏水热图像的尺度空间中特征点的偏移量；然后对X求导并令导数为0，得到极值点的偏移量并将继续迭代直至偏移量小于0.5像素，求得极值点的偏移量函数值设T为对比度阈值，取值为0.03，若保留极值点，进而得到标准特征点；否则舍弃极值点；具体公式如下：

S303：对于确定的特征点中难以直接被识别的不稳定特征点，将候选区特征点D(X)的倾斜程度与Hessian矩阵H的特征值做正比例关系计算；此时矩阵式中D_xx、D_xy、D_yy分别表示候选区对应位置的差分；

通过计算得到的正比例关系结合如下公式计算特征点的迹和行列式，进而通过特征点的迹和行列式进行特征点的剔除；式中α表示矩阵H的最大特征值；β表示矩阵H的最小特征值；tr(H)和det(H)分别表示矩阵H的迹和行列式；

在α＝β时，的值最小，即随着γ的增大而增大；同理若在阈值T_γ以下，若有成立，则保留该特征点；否则剔除该特征点；

S304：重复步骤S302至S303，直至得到渗漏水热图像中的所有特征点。