一种堤坝渗漏过程土颗粒起动流失的检测方法及装置与流程
本发明涉及堤坝渗漏检测，尤其是堤坝渗漏过程土颗粒起动流失的检测方法及装置。
背景技术：
1、土石堤坝的渗漏具有隐蔽性、时空随机性以及初始量级细微等特征，从渗漏险情发生到堤坝严重破坏的时间很短。在发生渗流时，由于无黏性土颗粒所受到的水流拖曳力破坏了颗粒原有的静力平衡条件，土体细颗粒乃至骨架中较细颗粒会随着渗流涌出，较粗颗粒之间的孔隙没有粒径较小的骨架颗粒去填充，在土体内部形成渗流通道，即渗流作用下较细颗粒通过较粗颗粒所形成的基质间隙不断地迁移流失，导致土体内部结构发生改变从而整个土体失稳、发生坍塌的现象。据统计，世界上约有50％的坝体破坏是由于渗流所致的土颗粒流失引起的，持续的土颗粒流失使病害部位被逐渐侵蚀掏空，会对砂砾石地基和堤防结构等工程造成严重的不良影响，及时发现、准确定位无黏性土颗粒起动流失是保障土石堤坝安全的关键。
2、无黏性土颗粒的起动流失作为渗透变形的直观表现形式，受土体本身几何条件和外部水力条件两方面影响。几何条件包括颗粒级配、密实度、孔隙率等，决定土体内部结构的稳定性，并且由土体颗粒级配和相对密度来决定内部结构稳定；水力条件包括水力梯度的大小和方向，是驱动土体颗粒起动流失、导致渗透变形的外部条件，一般采用临界水力梯度来描述。虽然对颗粒起动进行了大量的研究，但多数都在实验室建立缩尺模型展开研究，忽略了现场实际堤坝工程渗漏的复杂性，无法真实还原堤坝渗漏形态，难以高效准确判定堤坝渗漏颗粒起动流失。
技术实现思路
1、发明目的：本发明的目的是提供一种计算简单，不受堤坝颗粒级配、密实度以及孔隙率等因素影响的堤坝渗漏过程土颗粒起动流失的高效检测方法及装置。
2、技术方案：本发明所述的堤坝渗漏过程土颗粒起动流失的检测方法，包括如下步骤：
3、采集堤坝下游坝面的温度数据、可见光图像及热红外图像；
4、将所述可见光图像和热红外图像进行校准融合，获得双光融合图像；
5、根据所述双光融合图像及所述温度数据判定堤坝渗漏区域；
6、在所述双光融合图像中提取等温圈，根据等温圈的阈值和水平半轴长度，以及所述温度数据建立温度梯度检测模型；
7、根据所述温度梯度检测模型判断堤坝渗漏区域是否发生土颗粒起动流失。
8、进一步地，所述根据等温圈的阈值和水平半轴长度，以及所述温度数据建立温度梯度检测模型包括：
9、所述温度数据包括库水温t水以及气温t气；
10、当t气>t水时，温度梯度判定模型为k＝g/g，其中g＝(t1-t水)/x1，g＝(t2-t水)/x2，t1、t2分别为所述双光融合图像中的第一等温圈阈值和第二等温圈阈值，x1、x2分别为t1、t2的水平半轴长度；
11、当t气<t水时，温度梯度判定模型为k′＝g′/g′，其中g′＝|(t1′-t水)/x1′|，g′＝|(t2′-t水)/x2′|，t1′、t2′分别为所述双光融合图像中的第三等温圈阈值和第四等温圈阈值，x1′、x2′分别为t1′、t2′的水平半轴长度；
12、当k或k′超过梯度阈值时，判断堤坝渗漏区域发生土颗粒起动流失。
13、进一步地，所述双光融合图像中阈值增量δt＝|(t气-t水)/2|；
14、当t气>t水时，t1＝t水+δt，t2＝t水+2δt；
15、当t气<t水时，t1′＝t水-δt，t2′＝t水-2δt。
16、进一步地，通过基于非下采样contourlet变换的方法将所述可见光图像和热红外图像进行校准融合，获得双光融合图像。
17、进一步地，通过基于最大类间方差法的自适应阈值二值化算法在所述双光融合图像中提取等温圈。
18、进一步地，通过无人机搭载可见光相机和红外热像仪采集堤坝下游坝面的可见光图像及热红外图像。
19、本发明所述的堤坝渗漏过程土颗粒起动流失的检测装置，包括：
20、采集单元，用于采集堤坝下游坝面的温度数据、可见光图像及热红外图像；
21、堤坝渗漏区域判定单元，用于将所述可见光图像和热红外图像进行校准融合，获得双光融合图像；根据所述双光融合图像及所述温度数据判定堤坝渗漏区域；
22、土颗粒起动流失检测单元，用于在所述双光融合图像中提取等温圈，根据等温圈的阈值和水平半轴长度，以及所述温度数据建立温度梯度检测模型；根据所述温度梯度检测模型判断堤坝渗漏区域是否发生土颗粒起动流失。
23、进一步地，所述采集单元中，温度数据包括库水温t水以及气温t气；
24、所述土颗粒起动流失检测单元中，当t气>t水时，温度梯度判定模型为k＝g/g，其中g＝(t1-t水)/x1，g＝(t2-t水)/x2，t1、t2分别为所述双光融合图像中的第一等温圈阈值和第二等温圈阈值，t1＝t水+δt，t2＝t水+2δt，δt＝|(t气-t水)/2|；x1、x2分别为t1、t2的水平半轴长度；
25、当t气<t水时，温度梯度判定模型为k′＝g′/g′，其中g′＝|(t1′-t水)/x1′|，g′＝|(t2′-t水)/x2′|，t1′、t2′分别为所述双光融合图像中的第三等温圈阈值和第四等温圈阈值，δt＝|(t气-t水)/2|，t1′＝t水-δt，t2′＝t水-2δt；x1′、x2′分别为t1′、t2′的水平半轴长度；
26、当k或k′超过梯度阈值时，判断堤坝渗漏区域发生土颗粒起动流失。
27、本发明所述的电子设备，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，所述计算机程序被加载至处理器时实现所述的堤坝渗漏过程土颗粒起动流失的检测方法。
28、本发明所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的堤坝渗漏过程土颗粒起动流失的检测方法。
29、有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明不仅能有效避免复杂水力模型计算获取土颗粒运移规律，还能够在不考虑堤坝颗粒级配、密实度以及孔隙率等因素影响，高效感知堤坝渗漏过程中土颗粒临界起动，实现堤坝渗漏病灶演变的实时监测与预警。
技术特征：
1.一种堤坝渗漏过程土颗粒起动流失的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的堤坝渗漏过程土颗粒起动流失的检测方法，其特征在于，所述根据等温圈的阈值和水平半轴长度，以及所述温度数据建立温度梯度检测模型包括：
3.根据权利要求2所述的堤坝渗漏过程土颗粒起动流失的检测方法，其特征在于，所述双光融合图像中阈值增量δt＝|(t气-t水)/2|；
4.根据权利要求1所述的堤坝渗漏过程土颗粒起动流失的检测方法，其特征在于，通过基于非下采样contourlet变换的方法将所述可见光图像和热红外图像进行校准融合，获得双光融合图像。
5.根据权利要求1所述的堤坝渗漏过程土颗粒起动流失的检测方法，其特征在于，通过基于最大类间方差法的自适应阈值二值化算法在所述双光融合图像中提取等温圈。
6.根据权利要求1所述的堤坝渗漏过程土颗粒起动流失的检测方法，其特征在于，通过无人机搭载可见光相机和红外热像仪采集堤坝下游坝面的可见光图像及红外光图像。
7.一种堤坝渗漏过程土颗粒起动流失的检测装置，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的堤坝渗漏过程土颗粒起动流失的检测装置，其特征在于，所述采集单元中，温度数据包括库水温t水以及气温t气；
9.一种电子设备，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，所述计算机程序被加载至处理器时实现根据权利要求1-6任一项所述的堤坝渗漏过程土颗粒起动流失的检测方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求1-6任一项所述的堤坝渗漏过程土颗粒起动流失的检测方法。
技术总结
本发明公开了一种堤坝渗漏过程土颗粒起动流失的检测方法及装置，该方法首先采集堤坝下游坝面的温度数据、可见光图像及热红外图像，并将可见光图像和热红外图像进行校准融合，获得双光融合图像；然后根据双光融合图像及温度数据判定堤坝渗漏区域；最后在双光融合图像中提取等温圈，根据等温圈的阈值和水平半轴长度，以及温度数据建立温度梯度检测模型，根据温度梯度检测模型判断堤坝渗漏区域是否发生土颗粒起动流失。本发明能够高效感知堤坝渗漏过程中土颗粒临界起动，实现堤坝渗漏病灶演变的实时监测。
技术研发人员：汤雷,李坡,张盛行,贾宇,李皓
受保护的技术使用者：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23