一种跨海桥梁施工处波浪高度监测预警方法
【专利摘要】本发明公开了一种跨海桥梁施工处波浪高度监测预警方法，涉及领域，包括拍摄跨海桥梁施工处波浪的照片，得到波浪图像；预设阈值，图像中某个像素点的灰度值如果大于阈值则归为背景像素，这个像素点的灰度值如果小于阈值则归为波浪像素；寻找波浪像素的最高点，此最高点即为波浪最高值，根据波浪最高值判断作业是否安全。本发明采用非接触式图像处理技术比波浪仪等接触式传感器更加方便、可靠，成本低经济效益明显，而且相比现有的图像处理方法，本发明的阈值算法对波浪图像的阈值分割更加准确，且计算速度快。
【专利说明】
-种跨海桥梁施工处波浪高度监测预譬方法
技术领域
[0001] 本发明设及桥梁的建造检测领域，具体设及一种跨海桥梁施工处波浪高度监测预 警方法。
【背景技术】
[0002] 近年来中国乃至世界已修建了多座跨海大桥，例如香港的昂船洲大桥、浙江的杭 州湾大桥、南澳跨海大桥W及在建的港珠澳大桥、和规划中的琼州海峡跨海大桥等。
[0003] 与陆地或近海相比，运些跨海大桥面临着潮差大、流速急、流向乱、波浪高等更为 复杂的环境条件，跨海大桥的基础实时承受波流力的作用，运对结构的安全性及可靠性提 出了新的挑战。另外，跨海大桥下部结构的修建，广泛采用"围堪法"，利用多种形式的钢材 形成钢围堪将承台施工平台与外界水域隔离。因此，桥梁基础、钢围堪的设计及其在波流力 作用下的动力响应是影响桥梁承台施工的重要因素，也是目前跨海大桥修建的难点。随着 未来跨海大桥的修建水深的增加，面临的环境荷载越来越复杂，引发事故的概率也将逐渐 增加，因此，极端海洋环境下跨海大桥波浪的动力响应及安全监测的研究迫在眉睫。如何监 测桥梁施工处的波浪高度，进而定量评价波浪对跨海大桥基础的作用荷载，是一个急需深 入研究的技术。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种跨海桥梁施工处波浪高 度监测预警方法，此方法能监测跨海桥梁施工处波浪高度并自动预警。
[0005] 为达到W上目的，本发明采取的技术方案是:一种跨海桥梁施工处波浪高度监测 预警方法，包括W下步骤：
[0006] S1、拍摄跨海桥梁施工处波浪的照片，得到波浪图像；
[0007] S2、预设灰度阔值，波浪图像中灰度值大于灰度阔值的像素点为背景像素，灰度值 小于灰度阔值的像素点为波浪像素；
[000引S3、寻找波浪像素的最高点，此最高点即为波浪最高值，根据波浪最高值判断作业 是否安全。
[0009] 在上述技术方案的基础上，在步骤Sl中，所述波浪图像为在跨海桥梁施工处水平 拍摄的波浪照片。
[0010] 在上述技术方案的基础上，在步骤S2中，对于所述波浪图像，波浪图像中某个像素 点的灰度值为k，灰度阔值为T，灰度阔值T的取值范围为0到255。
[0011] 在上述技术方案的基础上，设灰度值为k的像素点的个数为Ak,记波浪像素点的个
，记背景像素点的个数3
则可得到波浪像素区的灰度的平均值 背景像素区的灰度的平均值
：其中T为灰度阔值，k为某个像素 点的灰度值。
[0012] 在上述技术方案的基础上，确定灰度阔值具体值的方法为：
[0013] 构建函蠻
'其中，G(T)为灰度值阔值为T的 函数，且T的取值范围为0到255;当函数G(T)取极大值时，相应的T值即为灰度阔值的具体 值。
[0014] 在上述技术方案的基础上，W灰度阔值T将波浪图像中各个像素点的灰度值k进行 转换;波浪图像中灰度值k小于T的像素点的灰度值变为0,波浪图像中灰度值k大于T的像素 点的灰度值变为255。
[0015] 在上述技术方案的基础上，所述波浪图像中所有灰度值为0的像素点中，高度值最 大的像素点即为波浪高度的最高值Hmax。
[0016] 在上述技术方案的基础上，在步骤S3中，如果波浪最高值Hmax小于设定值Yi即为安 全;如果波浪最高值Hmax大于设定值Yl小于设定值Y2则需要小屯、作业;如果波浪最高值Hmax大 于设定值Y2则必须停止作业;其中Hmax为波浪最高值，Yi、Y2为常数，且Yi<Y2。
[0017] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0018] (1)本发明的跨海桥梁施工处波浪高度监测预警方法采用非接触式图像处理技术 比波浪仪等接触式传感器更加方便、可靠，成本低经济效益明显。
[0019] (2)本发明的跨海桥梁施工处波浪高度监测预警方法相比现有的图像处理方法， 本发明的阔值算法对波浪图像的阔值分割更加准确，且计算速度快。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明实施例中跨海桥梁施工处波浪高度监测预警方法的流程图；
[0021] 图2为本发明实施例中跨海桥梁施工处波浪高度监测预警方法中拍摄波浪照片的 不意图。
[0022] 图中：1-照相机，2-跨海桥梁施工处，3-波浪。
【具体实施方式】
[0023] W下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
[0024] 参见图1所示，本发明实施例提供一种跨海桥梁施工处波浪高度监测预警方法，包 括W下步骤：
[0025] S1、拍摄跨海桥梁施工处波浪的照片，得到波浪图像；
[0026] S2、预设灰度阔值，波浪图像中灰度值大于灰度阔值的像素点为背景像素，灰度值 小于灰度阔值的像素点为波浪像素；
[0027] S3、寻找波浪像素的最高点，此最高点即为波浪最高值，根据波浪最高值判断作业 是否安全。
[0028] 如图2所示，在步骤Sl中，波浪图像为在跨海桥梁施工处水平拍摄的波浪照片。
[0029] 在步骤S2中，对于波浪图像，记波浪图像中某个像素点的灰度值为k，灰度阔值为 T，阔值T的取值范围为0到255。
[0030]设灰度值为k的像素点的个数为Ak，记波浪像素点的个数3
，记背景像素
[0031 ]确定灰度阔值具体值的方法为： 点的个数 得到波浪像素区的灰度的平均值
，背景像素区的 灰度的平 ；其中T为灰度阔值，k为某个像素点的灰度值。
[0032] 构建函数
t其中，G(T)为灰度阔值为T的函 数，且T的取值范围为0到255;当函数G(T)取极大值时，相应的T值即为灰度阔值的具体值。
[0033] W灰度阔值門尋波浪图像中各个像素点的灰度值k进行转换;波浪图像中灰度值k 小于T的像素点的灰度值变为0，波浪图像中灰度值k大于T的像素点的灰度值变为255。
[0034] 波浪图像中所有灰度值为0的像素点中，高度值最大的像素点即为波浪高度的最 島值Hmax。
[0035] 在步骤S3中，如果波浪最高值Hmax小于设定值Yl即为安全;如果波浪最高值Hmax大 于设定值Yl小于设定值Y2则需要小屯、作业;如果波浪最高值Hmax大于设定值Y2则必须停止作 业，其中Hmax为波浪最高值，Yi、Y2为预先设定的波浪高度值，且为常数，且Yi<Y2。
[0036] 本方法按图像的灰度特性，将图像分成背景和波浪两部分。背景和波浪之间的方 差越大，说明构成图像的两部分的差别越大，当部分波浪错分为背景或部分背景错分为波 浪都会导致两部分差别变小。因此，使方差最大的分割阔值意味着能使错分概率最小。
[0037] 本发明的波浪高度监测预警方法采用非接触式图像处理技术比波浪仪等接触式 传感器更加方便、可靠，成本低经济效益明显;此非接触式图像处理技术相比现有的图像处 理方法，本发明的阔值算法对波浪图像的阔值分割更加准确，且计算速度快。
[0038] 本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离 本发明原理的前提下，还可W做出若干改进和润饰，运些改进和润饰也视为本发明的保护 范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【主权项】
1. 一种跨海桥梁施工处波浪高度监测预警方法，其特征在于，包括以下步骤： 51、 拍摄跨海桥梁施工处波浪的照片，得到波浪图像； 52、 预设灰度阈值，波浪图像中灰度值大于灰度阈值的像素点为背景像素，灰度值小于 灰度阈值的像素点为波浪像素； 53、 寻找波浪像素的最高点，此最高点即为波浪最高值，根据波浪最高值判断作业是否 安全。2. 如权利要求1所述的跨海桥梁施工处波浪高度监测预警方法，其特征在于:在步骤Sl 中，所述波浪图像为在跨海桥梁施工处水平拍摄的波浪照片。3. 如权利要求1所述的跨海桥梁施工处波浪高度监测预警方法，其特征在于:在步骤S2 中，对于所述波浪图像，波浪图像中某个像素点的灰度值为k，灰度阈值为T，灰度阈值T的取 值范围为〇到255。4. 如权利要求3所述的跨海桥梁施工处波浪高度监测预警方法，其特征在于:设灰度值 为k的像素点的个数为Ak，记波浪像素点的个记背景像素点的个数为，则可得到波浪像素区的灰度的平均彳]f景像素区的灰度的平均 值；其中T为灰度阈值，k为某个像素点的灰度值。5. 如权利要求4所述的跨海桥梁施工处波浪高度监测预警方法，其特征在于，确定灰度 阈值具体值的方法为： 构建函f其中，G(T)为灰度值阈值为T的函数， 且T的取值范围为O到255;当函数G(T)取极大值时，相应的T值即为灰度阈值的具体值。6. 如权利要求5所述的跨海桥梁施工处波浪高度监测预警方法，其特征在于：以灰度阈 值T将波浪图像中各个像素点的灰度值k进行转换;波浪图像中灰度值k小于T的像素点的灰 度值变为〇，波浪图像中灰度值k大于T的像素点的灰度值变为255。7. 如权利要求6所述的跨海桥梁施工处波浪高度监测预警方法，其特征在于:所述波浪 图像中所有灰度值为〇的像素点中，高度值最大的像素点即为波浪高度的最高值Hm ax。8. 如权利要求1所述的跨海桥梁施工处波浪高度监测预警方法，其特征在于:在步骤S3 中，如果波浪最高值Hmax小于设定值Yl即为安全;如果波浪最高值Hm ax大于设定值Yl小于设定 值Y2则需要小心作业;如果波浪最高值Hmax大于设定值Y 2则必须停止作业;其中HmaxS波浪最 高值，Υι、Υ2为常数，且Υι<Υ2。
【文档编号】G06T7/00GK106023143SQ201610296317
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】王波, 王翔, 汪正兴, 刘鹏飞, 马长飞, 荆国强, 伊建军, 孙家龙, 柴小鹏
【申请人】中铁大桥科学研究院有限公司, 中铁大桥局集团有限公司