用于隧道衬砌施工的结构性能检测方法及系统与流程

本发明涉及数据处理，具体涉及用于隧道衬砌施工的结构性能检测方法及系统。

背景技术：

1、隧道衬砌施工的结构性能检测的目的是确保隧道衬砌的质量和安全性，其包括对隧道衬砌过程中的混凝土进行检测。因此使用高光谱技术获取隧道中混凝土的相关数据信息，通过dbscan聚类算法将混凝土分为正常混凝土与异常混凝土，对隧道中的混凝土进行检测。

2、通过现有的dbscan聚类算法，将隧道中的混凝土分为正常混凝土与异常混凝土时，对每一波长下每一位置的混凝土为正常混凝土的可能性赋予相同的权重，未考虑隧道中的混凝土在不同波长下表现出来的信息不同，使得每一位置的混凝土为正常混凝土的可能性与实际情况有较大差异。并且现有的dbscan聚类算法，根据每一位置的混凝土为正常混凝土的可能性，对不同位置的混凝土进行聚类时，对每一位置的混凝土赋予相同的邻域半径，未能考虑每一位置的混凝土为正常混凝土的可能性与其他位置的混凝土为正常混凝土的可能性差异，使得聚类结果与实际情况存在差异，使得隧道衬砌施工的结构性能检测结果不准确。

技术实现思路

1、本发明提供用于隧道衬砌施工的结构性能检测方法及系统，以解决现有的问题。

2、本发明的用于隧道衬砌施工的结构性能检测方法及系统采用如下技术方案：

3、本发明提出了用于隧道衬砌施工的结构性能检测方法，该方法包括以下步骤：

4、获取待检测的隧道模型，构建二维坐标系；获取二维坐标系中每一坐标点在每一波长下的反射强度；

5、根据每一坐标点在二维坐标系内的位置，得到每一坐标点的待分析范围；根据每一坐标点的待分析范围内每一坐标点在每一波长下的反射强度，得到每一坐标点在每一波长下为正常坐标点的可能性；

6、根据每一坐标点在每一波长下的反射强度，得到每一波长下的正坐标点与负坐标点；根据每一波长下每一正坐标点的反射强度与每一负坐标点的反射强度，得到坐标点在每一波长下为正常坐标点的权重；

7、根据坐标点在每一波长下为正常坐标点的权重及可能性，得到每一坐标点为正常坐标点的最终可能性，进而得到每一坐标点与其他坐标点之间的距离；

8、根据每一坐标点与其他坐标点之间的距离，得到每一坐标点的若干实际半径，并得到每个坐标点的每个实际半径为自适应邻域半径的可能性；进而得到每一坐标点的自适应邻域半径，将坐标点聚为多个类簇；

9、根据每一类簇中含有坐标点的个数，进行隧道衬砌施工的结构性能检测。

10、进一步地，所述根据每一坐标点在二维坐标系内的位置，得到每一坐标点的待分析范围，包括的具体方法为：

11、以第个坐标点为中心，向四周扩展，得到一个大小为的邻域窗口，记为第个坐标点在第个邻域尺度下的邻域窗口，，表示预设的邻域尺度的个数；

12、将第个坐标点在第个邻域尺度下的邻域窗口内的最外层坐标点，记为第个坐标点在第个邻域尺度下的待分析范围。

13、进一步地，所述根据每一坐标点的待分析范围内每一坐标点在每一波长下的反射强度，得到每一坐标点在每一波长下为正常坐标点的可能性，包括的具体公式为：

14、

15、式中，表示第个坐标点在第个波长下为正常坐标点的可能性，表示第个坐标点的第个邻域尺度下的待分析范围内所有坐标点在第个波长下的平均反射强度，表示所有坐标点在第个波长下的平均反射强度，表示第个坐标点的第个邻域尺度下的待分析范围内所有坐标点在第个波长下的反射强度的标准差，表示第个坐标点的第个邻域尺度下的待分析范围内每一坐标点与第个坐标点在第个波长下的反射强度的差值绝对值的标准差，表示预设的邻域尺度的个数，表示绝对值函数，表示softmax归一化函数，为以自然常数为底的指数函数。

16、进一步地，所述根据每一坐标点在每一波长下的反射强度，得到每一波长下的正坐标点与负坐标点，包括的具体方法为：

17、将所有坐标点在第个波长下的平均反射强度，记为第一反射强度；将第个波长下反射强度大于第一反射强度的坐标点记为正坐标点，将第个波长下反射强度小于第一反射强度的坐标点记为负坐标点。

18、进一步地，所述根据每一波长下每一正坐标点的反射强度与每一负坐标点的反射强度，得到坐标点在每一波长下为正常坐标点的权重，包括的具体公式为：

19、

20、

21、

22、式中，表示坐标点在第个波长下为正常坐标点的第一权重参数，表示坐标点在第个波长下为正常坐标点的第二权重参数，表示坐标点在第个波长下为正常坐标点的权重，表示二维坐标系中含有坐标点的个数，表示第个坐标点在第个波长下的反射强度，表示所有坐标点在第个波长下的平均反射强度，表示所有坐标点在第个波长下的最大反射强度与平均反射强度的差值，表示所有坐标点在第个波长下的平均反射强度与最小反射强度的差值，表示第个波长下所有相邻正坐标点的反射强度的差值绝对值的标准差，表示第个波长下所有相邻负坐标点的反射强度的差值绝对值的标准差，表示绝对值函数，表示线性归一化函数，为softmax归一化函数。

23、进一步地，所述根据坐标点在每一波长下为正常坐标点的权重及可能性，得到每一坐标点为正常坐标点的最终可能性，进而得到每一坐标点与其他坐标点之间的距离，包括的具体方法为：

24、将坐标点在第个波长下为正常坐标点的权重与第个坐标点在第个波长下为正常坐标点的可能性的乘积，记为第个坐标点在第个波长下的可能性；

25、将第个坐标点在所有波长下的可能性的乘积的和值，记为第个坐标点为正常坐标点的最终可能性；

26、将第个坐标点与第个坐标点为正常坐标点的最终可能性的差值绝对值，记为第个坐标点与第个坐标点之间的距离。

27、进一步地，所述根据每一坐标点与其他坐标点之间的距离，得到每一坐标点的若干实际半径，并得到每个坐标点的每个实际半径为自适应邻域半径的可能性，包括的具体方法为：

28、预设邻域半径，将与第个坐标点之间的距离小于或等于预设的邻域半径的坐标点，记为第个坐标点的预设邻域半径内的坐标点，得到第个坐标点的预设邻域半径内的坐标点个数；

29、将第个坐标点的预设邻域半径内的每一坐标点与第个坐标点之间的距离，记为一个实际半径，得到一个实际半径序列，表示序列内的第个数值，记为第个坐标点的第个实际半径；

30、将与第个坐标点之间的距离小于或等于的坐标点个数，记为第个坐标点的第个实际半径内的坐标点个数；

31、根据第个坐标点的预设邻域半径内的坐标点个数、第个坐标点的第个实际半径内的坐标点个数及第个坐标点的第个实际半径，得到第个坐标点的每个实际半径为自适应邻域半径的可能性。

32、进一步地，所述根据第个坐标点的预设邻域半径内的坐标点个数、第个坐标点的第个实际半径内的坐标点个数及第个坐标点的第个实际半径，得到第个坐标点的每个实际半径为自适应邻域半径的可能性，包括的具体公式为：

33、

34、式中，表示第个坐标点的第个实际半径为自适应邻域半径的可能性，表示第个坐标点的第个实际半径与预设的邻域半径的差值绝对值，表示第个坐标点的第个实际半径内的坐标点个数，表示第个坐标点的预设邻域半径内的坐标点个数。

35、进一步地，所述根据每一类簇中含有坐标点的个数，进行隧道衬砌施工的结构性能检测，包括的具体方法为：

36、预设占比阈值，当聚类结果中，最小类簇中所含坐标点的个数与最大类簇中所含坐标点的个数的比值小于或等于预设的占比阈值时，待检测的隧道衬砌施工的结构性能存在异常。

37、本发明还提出了用于隧道衬砌施工的结构性能检测系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以实现前述所述的用于隧道衬砌施工的结构性能检测方法的步骤。

38、本发明的技术方案的有益效果是：本发明通过对隧道衬砌施工的隧道模型构建二维坐标系，并通过分析二维坐标系中不同坐标点的光谱数据，通过对坐标点基于光谱数据的表现进行聚类，进而实现通过高光谱技术的隧道衬砌施工的结构性能检测；其中获取每一坐标点在每一波长下为正常坐标点的可能性时，依据相同波长下正常区域内各坐标点的反射强度较为相似，而异常区域内各坐标点的反射强度有较大差异的特征，使得正常区域内坐标点为正常坐标点的可能性大于异常区域内坐标点为正常坐标点的可能性；依据每一坐标点在多个波长下为正常坐标点的可能性，得到每一坐标点为正常坐标点的最终可能性，排除了偶然现象，使得每一坐标点为正常坐标点的最终可能性更具客观性；依据正常坐标点的最终可能性较为相似的特征，得到每一坐标点的自适应邻域半径，排除了正常坐标点与异常坐标点聚为一个类簇的情况，使得聚类结果更准确，提高了检测结果的准确性。