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混凝土坝施工场景人-机-环多要素识别方法

水力发电学报 2024年

作者：陈云涂宇轩陈述晋良海三峡大学水电工程施工与管理湖北省重点实验室三峡大学水利与环境学院

混凝土坝施工空间狭窄、工序转换不断、人员-机械-环境（人-机-环）等要素繁多，而且存在要素遮挡、密集重叠、尺寸和方向各异等情况，导致传统机器视觉目标识别方法难以满足复杂施工现场目标识别要求。因此，本文提出混凝土坝施工场景... 详细信息

混凝土坝施工空间狭窄、工序转换不断、人员-机械-环境（人-机-环）等要素繁多，而且存在要素遮挡、密集重叠、尺寸和方向各异等情况，导致传统机器视觉目标识别方法难以满足复杂施工现场目标识别要求。因此，本文提出混凝土坝施工场景人-机-环多要素识别的YOLOv5-SS新方法。通过插入CBAM注意力模块，改进目标检测器的性能，增强目标检测器对不同尺寸和位置的人-机-环要素敏感性；同时融入加权双向特征金字塔网络（BiFPN），使得目标检测器聚焦于实时人-机-环要素等关键图像信息。为验证所提方法识别能力，以混凝土拱坝施工现场的图像信息为基础数据集，通过对比YOLOv5-SS、YOLOv5和Faster R-CNN等模型，验证了所提方法能够有效提高混凝土坝施工场景中各类目标的效率和精准度。

关键词：混凝土坝人-机-环多要素识别计算机视觉 YOLOv5-SS

基于时空聚类和深度学习的混凝土坝变形异常值识别方法

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水利水电科技进展 2024年第4期44卷 65-71页

作者：宋锦焘葛佳豪杨杰徐笑颜陈家敏孟庆耀西安理工大学水利水电学院陕西西安710048 西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048

针对传统大坝异常值识别方法多依靠单测点模型,未充分考虑测点间变形的时空关联特性,易造成异常值误诊断的问题,提出了基于时空聚类和深度学习的混凝土坝变形异常值识别方法。该方法利用测点间变形的时空关联特性对混凝土坝测点变形数... 详细信息

针对传统大坝异常值识别方法多依靠单测点模型,未充分考虑测点间变形的时空关联特性,易造成异常值误诊断的问题,提出了基于时空聚类和深度学习的混凝土坝变形异常值识别方法。该方法利用测点间变形的时空关联特性对混凝土坝测点变形数据进行时空聚类分区,基于新型蜜獾优化算法(HBA)与双向长短时记忆(BiLSTM)神经网络构建HBA-BiLSTM变形预测模型,根据模型输出的变形值以及异常值判别指标识别混凝土坝变形异常值。实例验证结果表明,该方法比传统异常值识别方法准确率更高。

关键词：混凝土坝变形异常值识别监控模型时空聚类

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盐浸-干湿-冻融耦合作用下混凝土坝强震开裂机理

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南水北调与水利科技（中英文） 2024年第1期22卷 158-165页

作者：张宇张志伟徐强张雪东北石油大学黑龙江省高校防灾减灾与防护工程重点实验室黑龙江大庆163318 大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

为探究混凝土坝在盐浸侵蚀、干湿循环、冻融循环因素影响下的强震破坏规律,通过材料劣化试验和数值模拟方法开展大坝强震开裂机理研究。针对坝体不同位置开展盐溶液侵蚀、干湿循环以及冻融循环劣化试验,基于材料试验结果,构建混凝土重... 详细信息

为探究混凝土坝在盐浸侵蚀、干湿循环、冻融循环因素影响下的强震破坏规律,通过材料劣化试验和数值模拟方法开展大坝强震开裂机理研究。针对坝体不同位置开展盐溶液侵蚀、干湿循环以及冻融循环劣化试验,基于材料试验结果,构建混凝土重力坝扩展有限元模型,模拟混凝土材料劣化前及劣化后混凝土坝强震开裂破坏情况。结果表明:多因素耦合作用导致混凝土材料劣化,强震作用下会降低大坝承载能力,增加大坝倒塌破坏风险。考虑混凝土多种劣化因素影响,所得结论可用于高寒地区混凝土坝的抗震设计。

关键词：混凝土坝盐溶液侵蚀冻融循环干湿循环破坏模式

基于WOA-VMD-XGBoost的混凝土坝变形预测

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水利水运工程学报 2024年第3期 146-157页

作者：常留红李晨玉曾子彬尹光景赵芃芃薛雄长沙理工大学水利与环境工程学院湖南长沙410114 长沙理工大学水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室湖南长沙410114 中国电力建设集团有限公司中国水利水电第八工程局有限公司科研设计院湖南长沙410004

建立混凝土坝高精准变形预测模型是掌握坝体结构服役性态的关键,而其变形监测数据具有复杂的非线性和非平稳特征,会影响预测模型的精度及泛化能力。针对上述问题,引入鲸鱼优化算法(WOA)和包络熵理论自适应寻优变分模态分解(VMD)参数,根... 详细信息

建立混凝土坝高精准变形预测模型是掌握坝体结构服役性态的关键,而其变形监测数据具有复杂的非线性和非平稳特征,会影响预测模型的精度及泛化能力。针对上述问题,引入鲸鱼优化算法(WOA)和包络熵理论自适应寻优变分模态分解(VMD)参数,根据最佳参数组合多尺度分解变形数据,得到多个不同特征尺度的本征模态函数(IMF)。通过重构分量为新分量,将新分量分别输入极端梯度提升(XGBoost)模型中进行预测,叠加各预测结果得到最终预测值。基于山口岩碾压混凝土拱坝变形监测数据,开展支持向量回归机(SVR)、随机森林(RF)、XGBoost、WOA-VMD-XGBoost等4种模型的精度、泛化能力对比研究。结果表明:相比于单一预测模型,组合模型有效挖掘了变形信号多尺度特征,降低了非线性、非平稳性对模型性能的影响,在精度、泛化能力中表现出更高性能。该组合模型为大坝变形监测提供了理论依据和应用参考。

关键词：混凝土坝变形预测鲸鱼优化算法包络熵变分模态分解极端梯度提升

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改进DeepLabv3+模型的混凝土坝表观裂缝特征提取方法

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东南大学学报（自然科学版） 2024年第4期54卷 929-936页

作者：王琳琳孟良卜博雅钟胜李俊杰沈阳建筑大学土木工程学院沈阳110168 安徽水安建设集团股份有限公司合肥230601 大连理工大学水利工程学院大连116023 河海大学水利水电学院南京210098

为了解决混凝土坝环境复杂造成现有算法裂缝检测难度大、效果差的问题,提出了一种改进DeepLabv3+模型的混凝土坝裂缝特征提取方法.该方法以轻量型网络替换原始骨干网络提取图像特征,降低模型复杂度;扩充空洞空间金字塔池化模块,提升编... 详细信息

为了解决混凝土坝环境复杂造成现有算法裂缝检测难度大、效果差的问题,提出了一种改进DeepLabv3+模型的混凝土坝裂缝特征提取方法.该方法以轻量型网络替换原始骨干网络提取图像特征,降低模型复杂度;扩充空洞空间金字塔池化模块,提升编码器感受野;采用多尺度特征融合策略,提高边缘信息利用率;优化模型损失函数,克服像素不均衡的困难.采用自制混凝土坝表观裂缝图像数据集对提出方法的有效性和优越性进行了验证与评估,结果表明:构建的改进网络能准确地实现复杂背景下混凝土坝表观裂缝特征的提取,分割裂缝图像的交并比与像素精度分别为72.85%与85.36%,裂缝分割效果也明显优于其他方法,可为长期混凝土坝面裂缝监测提供有效的技术手段.

关键词：混凝土坝裂缝检测图像分割 DeepLabv3+模型

基于MobileNetV2-DeepLabv3+的混凝土坝水下裂缝语义分割模型

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水利水电科技进展 2024年

作者：何旺钮新强田金章朱延涛河海大学水利水电学院长江勘测规划设计研究有限责任公司长江设计集团有限公司水资源工程与调度全国重点实验室国家大坝安全工程技术研究中心

为解决深度学习算法难以有效检测混凝土坝水下裂缝的问题，构建了基于MobileNetV2-DeepLabv3+的混凝土坝水下裂缝语义分割模型。该模型引入轻量化网络MobileNetV2，同时将深层特征下采样倍数降为8，来提高小数据集工况下的识别准确率和... 详细信息

为解决深度学习算法难以有效检测混凝土坝水下裂缝的问题，构建了基于MobileNetV2-DeepLabv3+的混凝土坝水下裂缝语义分割模型。该模型引入轻量化网络MobileNetV2，同时将深层特征下采样倍数降为8，来提高小数据集工况下的识别准确率和推理速度；提出基于交叉熵损失与Dice损失的组合作为模型的损失函数，以缓解类别不平衡问题。工程实例分析结果表明：该模型在测试集上的平均像素准确率和平均交并比分别高达90.87%和86.33%，满足高精度的水下裂缝语义分割要求；针对典型工况下的混凝土坝水下裂缝的分割效果优于其他比较模型，泛化能力强；权重文件大小仅为22.44MB，对应的检测帧率高达56.23帧/s，内存占比小、推理速度快，可用于混凝土坝水下裂缝的检测。

关键词：混凝土坝水下裂缝 MobileNetV2-DeepLabv3+ 语义分割机器视觉

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基于残差修正的混凝土坝位移双层阶预测模型

中国农村水利水电 2024年第2期 226-232页

作者：张祜徐波陈泽元朱震昊陆隽谊扬州大学水利科学与工程学院江苏扬州225009

传统的混凝土坝位移监测模型往往忽略残差序列中的有效信息,导致对大坝位移的预测效果不佳。旨在提高预测模型的精度。针对这一问题,提出一种考虑信号残差修正的混凝土坝位移双层阶预测模型。首先根据传统混凝土坝位移预测的统计模型选... 详细信息

传统的混凝土坝位移监测模型往往忽略残差序列中的有效信息,导致对大坝位移的预测效果不佳。旨在提高预测模型的精度。针对这一问题,提出一种考虑信号残差修正的混凝土坝位移双层阶预测模型。首先根据传统混凝土坝位移预测的统计模型选取大坝位移的影响因子;其次通过麻雀搜索算法(SSA)确定极限学习机(ELM)中的超参数,建立单层阶预测模型SSA-ELM,进而得到大坝的单层阶模型位移预测值;再次,基于最小样本熵(SE)和相关分析法,通过变分模态分解法(VMD)对残差序列分解重构;最后利用SSA-ELM对重构后序列进行修正,并将修正值与单层阶模型位移预测值进行叠加,构建双层阶预测模型SSA-ELM-VMDρ+,进而得到最终的位移预测值。工程实例验证表明,与其他模型相比,该双层阶模型预测精度高,泛化能力强,有效的挖掘了残差中的有效信息,并克服了噪声干扰。本研究为大坝安全监控、健康服役诊断与管理运行提供了新的参考。

关键词：混凝土坝位移预测极限学习机变分模态分解麻雀搜索算法

基于3DE的混凝土坝施工进度仿真动态可视化

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人民长江 2024年

作者：周子培张族炎简兴昌谢伟曾路长江勘测规划设计研究有限责任公司

混凝土坝施工进度研究常采用计算机仿真技术进行模拟和方案比选，以大坝三维模型作为可视化表达载体，设计和施工仿真阶段模型颗粒度要求不同，模型数据和仿真结果交互不便，施工进度仿真可视化交互性不强。为实现不同阶段混凝土坝模型... 详细信息

混凝土坝施工进度研究常采用计算机仿真技术进行模拟和方案比选，以大坝三维模型作为可视化表达载体，设计和施工仿真阶段模型颗粒度要求不同，模型数据和仿真结果交互不便，施工进度仿真可视化交互性不强。为实现不同阶段混凝土坝模型快速构建、模型属性和仿真数据关联应用、进度仿真可视化展示的集成度和交互性增强，本文设计了一种基于3DE的混凝土坝施工进度仿真动态可视化方法，研发了混凝土坝模型快速分割、属性批量计算提取与数据交互以及进度仿真动态展示等工具，以某混凝土拱坝为例进行实际应用并取得了良好的效果，结果表明本文方法具有操作简单、数据无损复用和可视化效果好的优势，为混凝土坝施工仿真进度动态可视化研究提供了新思路。

关键词：混凝土坝 3DE 施工进度仿真动态可视化

考虑防洪风险的混凝土坝变形双控指标拟定方法研究

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水电能源科学 2024年第6期42卷 171-174,147页

作者：崔卫天黄耀英方卫华方晨 AAMIR HAMEED 三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002 水利部南京水利水文自动化研究所江苏南京210000

针对基于典型小概率法拟定大坝监控指标时的失效概率取值偏经验性以及目前变形监控指标未考虑变形变化速率的问题,将大坝变形失效风险与大坝防洪风险(上游来水和泄洪能力)相结合,将失效概率取设计防洪风险,采用典型小概率法拟定了关键... 详细信息

针对基于典型小概率法拟定大坝监控指标时的失效概率取值偏经验性以及目前变形监控指标未考虑变形变化速率的问题,将大坝变形失效风险与大坝防洪风险(上游来水和泄洪能力)相结合,将失效概率取设计防洪风险,采用典型小概率法拟定了关键测点变形监控指标,再基于设计洪水调洪演算库水位及其对应的变形分量变化速率,从而确定变形速率监控指标,提出了考虑防洪风险的混凝土坝变形和变形速率双监控指标的拟定方法。以某服役期高拱坝为例,拟定了典型测点实测变形和变形速率双监控指标,实测变形数据及其变化速率均小于拟定的变形监控指标和变形速率监控指标,这表明该大坝当前变形性态安全可控。

关键词：混凝土坝变形双控指标调洪演算小概率法