[发明专利]一种用于水利水电工程的拱坝监控系统

摘要

本发明公开了一种用于水利水电工程的拱坝监控系统，包括视频采集设备、信号传输设备和计算机监测中心；所述的视频采集设备用于采集拱坝重要位置的视频图像；所述视频采集设备采集的视频图像通过所述信号传输设备传输到所述计算机监测中心，所述计算机监测中心对所述视频图像进行处理，得到不同位置处的振动位移曲线，通过对所述振动位移曲线的分析，实现对所述拱坝的监测。本发明的有益效果为：能及时发现拱坝可能产生的损伤，快速找出损伤位置，以便采用各种工程措施加以修复和加固，并且该系统具有形式简单、施工方便、易于维护、工程造价低、运行管理方便、使用的视频采集设备方便更换的特点。

主权项

1.一种用于水利水电工程的拱坝监控系统，其特征是，包括视频采集设备、信号传输设备和计算机监测中心；所述的视频采集设备用于采集拱坝重要位置的视频图像；所述视频采集设备采集的视频图像通过所述信号传输设备传输到所述计算机监测中心，所述计算机监测中心对所述视频图像进行处理，得到不同位置处的振动位移曲线，通过对所述振动位移曲线的分析，实现对所述拱坝的监测；所述计算机监测中心包括依次连接的数据预处理模块、数据分析模块、数据评估模块，所述数据预处理模块用于将采集到的视频图像转化到灰度空间，并使转换后的图像通过高斯滤波器进行滤波处理；所述数据分析模块用于对预处理后的视频图像进行分析和处理，以得到拱坝重要位置的振动位移曲线；所述数据评估模块用于对所述振动位移曲线进行健康分析并判断拱坝重要位置的振动位移是否处于健康状态，输出拱坝重要位置健康状态结果；所述数据分析模块包括：(1)算法选择子模块：与主算法子模块、副算法子模块连接，用于对视频中各桢图像的位移提取算法进行选择，其遵循的选取原则为：当前帧图像与前一桢图像相比不满足亮度恒定、空间一致和桢间位移差小于设定阈值T₁的任一项条件时，选取主算法子模块进行追踪目标的运动位移的提取；当前帧图像与前一桢图像相比满足亮度恒定、空间一致和桢间位移差小于设定阈值T₁条件时，选取副算法子模块进行追踪目标的运动位移的提取，T₁的取值范围为(0,1mm]；(2)主算法子模块：用于通过图像配准的方式来提取追踪目标的运动位移，设视频共有n桢图像，选取视频中的第一帧中的追踪目标图像作为模板图像P(σ)，后续帧图像为I_j(σ),j＝2,...n，多次扭曲所述后续帧图像I_j(σ)，使其与模板图像P(σ)对齐，每次扭曲后所述后续帧图像I_j(σ)与模板图像P(σ)之间的增量Δδ_j为：其中，ψ(σ；δ_j)为模板图像P(σ)的像素坐标σ(x,y)映射到后续帧图像I_j(σ)的亚像素坐标，δ_j表示扭曲变换的参数向量，I_j(ψ(σ；δ_j))为从后续帧图像I_j(σ)中截取的扭曲部分，为扭曲部分在亚像素坐标ψ(σ；δ_j)处的梯度；所述主算法子模块通过不断迭代计算增量Δδ_j来更新δ_j，以逐渐实现图像配准，更新过程为：δ_j←δ_j+Δδ_j，每次更新后对变换参数δ_j的小数点后一位进行四舍五入取整，停止更新的条件为||Δδ_j||≤T₂，T₂为设定的阈值，T₂的取值范围为[0.4,0.5]，最后更新的变换参数δ_j即为后续帧图像I_j(σ)中要提取的追踪目标的复杂运动位移；(3)副算法子模块：用于通过模板匹配的方式来提取追踪目标的运动位移，设视频共有n桢图像，选取视频中的第一帧图像为匹配图像，后续帧的有效区域为模板图像P_i,i＝2,...n,各桢图像中追踪目标的简单运动位移(x_i,y_i)为：其中，(x₀,y₀)为通过计算模板图像P_i与第一帧图像的NCC相关系数矩阵得到的最大位置点的坐标，m₁,m₂,m₃,m₄,m₅为(x₀,y₀)周围8个坐标点(x_k,y_k)的相关系数，k＝1,...,8，(x₀,y₀)与所述相关系数的关系为c(x_k,y_k)＝m₀+m₁x_k+m₂y_k+m₃x_k²+m₄x_ky_k+m₅y_k²；(4)位移修正子模块,考虑到当地温度对拱坝重要位置位移的影响，引入温度修正系数L对上述提取的运动位移进行修正，经验值L的取值范围是[0.95，1.05]：修正后的复杂运动位移为δ′_j＝δ_j×L；修正后的简单运动位移为(x_i,y_i)′＝(x_i,y_i)×L；(5)显示子模块，与主算法子模块、副算法子模块连接，用于处理并显示与追踪目标相关的运动位移数据和拱坝重要位置的振动位移曲线。