水工鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的圖像識(shí)別技術(shù)

葉慰

摘要：在水利工程建筑物中，其金屬結(jié)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間與侵蝕性介質(zhì)接觸，會(huì)受到一定程度的化學(xué)侵蝕，并且引起受到風(fēng)浪以及高速水流的反復(fù)沖擊，易將其沖撞破壞，同時(shí)，水中的泥沙也會(huì)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的沖刷，以上這些因素均會(huì)導(dǎo)致水工金屬結(jié)構(gòu)受到損壞。而當(dāng)前階段，我們迫切需要解決的一個(gè)問(wèn)題就是將金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕狀況檢定技術(shù)與抵抗腐蝕能力的提升。鑒于此，文章詳細(xì)論述了水工鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的圖像識(shí)別技術(shù)，旨在可以為相關(guān)業(yè)界人士提供有價(jià)值的借鑒與參考，最終能夠?yàn)樾袠I(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己應(yīng)有的力量。

Abstract： In water conservancy engineering buildings， when the metal structure is in contact with aggressive media for a long time， it will be chemically eroded to a certain degree， and it will be repeatedly impacted by wind waves and high-speed water flow， which is easy to crash and destroy. At the same time， the sediment in the water will also produce a certain amount of erosion of the steel structure. All these factors will cause damage to the hydraulic metal structure. At the current stage， one of the problems we urgently need to solve is the improvement of the corrosion detection technology and corrosion resistance of metal structures. In view of this， the article discusses the image recognition technology of hydraulic steel structure corrosion in detail， aiming to provide a valuable reference for relevant industry personnel， and ultimately contribute to the development of the industry.

關(guān)鍵詞：水工;鋼結(jié)構(gòu);腐蝕;圖像識(shí)別技術(shù)

Key words： hydraulics;steel structure;corrosion;image recognition technology

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）19-0203-02

0 ?引言

當(dāng)前，社會(huì)經(jīng)濟(jì)日新月異發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)基于自身?yè)碛械暮芏嗟膬?yōu)勢(shì)特點(diǎn)，為此被廣泛的應(yīng)用在建筑業(yè)中，并成為了時(shí)下建筑業(yè)發(fā)展的的一個(gè)必然選擇。然而，鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的問(wèn)題我們也不能忽視，因其腐蝕原因會(huì)嚴(yán)重的威脅到鋼結(jié)構(gòu)工程的可靠性與安全性。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)可知，全世界一年由于腐蝕導(dǎo)致的金屬損失約占10%-20%，而將其兌換成現(xiàn)金，則有很龐大的數(shù)目，而所占比重最大的當(dāng)屬建筑業(yè)中的鋼結(jié)構(gòu)腐蝕。所以，建筑業(yè)想要更加穩(wěn)定安全的發(fā)展，最大程度確保人身安全，則需要強(qiáng)化對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)。

通常在一般工程中可使用歐拉幾何法度量構(gòu)建，但卻不能表示腐蝕情況的分布與形狀特征，鑒于此，在20世紀(jì)英國(guó)就咸用數(shù)字壓縮技術(shù)對(duì)照片進(jìn)行處理，進(jìn)而讓更多的人應(yīng)用圖形處理技術(shù)來(lái)獲取被拍攝物的有關(guān)信息。并利用二值化處理圖像技術(shù)，得到不銹鋼腐蝕圖像呈現(xiàn)的孔蝕率特性，并對(duì)腐蝕對(duì)鋼結(jié)構(gòu)性能引發(fā)的削弱影響進(jìn)行分析，還能定性分類(lèi)與判定鋁合金、鈦合金等其它金屬在不同腐蝕條件下產(chǎn)生的石坑大小、形狀及石坑形態(tài)特征，最終為鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的表面特性和空化形態(tài)特性的描述提供了有效的方法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水工鋼結(jié)構(gòu)腐蝕情況的更好檢查，增強(qiáng)安全性和可靠性。

1 ?水工鋼構(gòu)腐蝕原理

鋼結(jié)構(gòu)在水利水電工程中進(jìn)行著廣泛的應(yīng)用，所以常會(huì)出現(xiàn)腐蝕性的問(wèn)題，如在水電站的廠房上和攔河壩生的應(yīng)用等，會(huì)經(jīng)常見(jiàn)到鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕問(wèn)題，若未對(duì)其有效的實(shí)施治理與防護(hù)，則會(huì)最終影響工程的可靠性與安全性。

1.1 腐蝕定義 ?物質(zhì)與外界介質(zhì)接觸后，會(huì)發(fā)生化學(xué)作用，然后產(chǎn)生自身?yè)p壞的現(xiàn)象。

1.2 電化學(xué)腐蝕形式 ?金屬鋼結(jié)構(gòu)同接觸介質(zhì)產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，將逝去或獲得電子，最終形成電流，進(jìn)而出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)。而水工鋼閘門(mén)在大部分狀況下出現(xiàn)的即為電化學(xué)形式的腐蝕，其定義：在電解質(zhì)中，不同類(lèi)型的金屬表面的一些位置會(huì)出現(xiàn)電極電位差別，進(jìn)而產(chǎn)生電位差、陰極反應(yīng)、陽(yáng)極反應(yīng)，在這個(gè)過(guò)程中電子會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)，進(jìn)而最終形成腐蝕過(guò)程，進(jìn)而產(chǎn)生電位差、陰極反應(yīng)、陽(yáng)極反應(yīng)，在這個(gè)過(guò)程中，電子會(huì)移動(dòng)，最終形成腐蝕過(guò)程，使陽(yáng)極腐蝕，但保護(hù)陰極。這個(gè)過(guò)程中，鋼結(jié)構(gòu)表面存在電位差，陽(yáng)極與陰極接觸，陽(yáng)極、陰極在連接介質(zhì)中，這是電化學(xué)腐蝕的三要素。

1.3 水工鋼結(jié)構(gòu)腐蝕特征 ?對(duì)于水工結(jié)構(gòu)而言，其長(zhǎng)時(shí)間在各類(lèi)水質(zhì)中浸泡，如工業(yè)酸堿廢水、淡水、海水等中，經(jīng)水位變化或波浪起伏飛濺的作用，使其長(zhǎng)期處于干濕交替、陰暗潮濕中。此外，高速水流沖刷，陽(yáng)光直射、水生物附著、空氣污染等多重因素也會(huì)讓水工結(jié)構(gòu)處在惡劣環(huán)境，最終導(dǎo)致腐蝕情況嚴(yán)重。當(dāng)水工結(jié)構(gòu)被腐蝕后，表面會(huì)呈現(xiàn)凹凸不平、銹蝕孔洞等，從而無(wú)法精準(zhǔn)實(shí)施定量化描述。鋼結(jié)構(gòu)剛開(kāi)始出現(xiàn)銹蝕時(shí)，其表面發(fā)暗，輕銹顏色為暗紅，然后隨著時(shí)間的慢慢推移會(huì)發(fā)生棕黃色或褐色，而最嚴(yán)重時(shí)會(huì)呈現(xiàn)出銹坑、以及褐色與棕色疤痕，而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)之后的產(chǎn)物為Fe3O4、Fe2O3、FeO，而在腐蝕區(qū)域中這三者都始終是一起存在的，從而隨著時(shí)間的變化會(huì)使腐蝕程度增加。

2 ?水工鋼結(jié)構(gòu)腐蝕圖像識(shí)別技術(shù)

2.1 用數(shù)字化方法處理圖像 ?英國(guó)是從上世紀(jì)20年代至今，第一個(gè)用數(shù)字壓縮技術(shù)對(duì)照片進(jìn)行處理，應(yīng)用圖像處理技術(shù)后，桀紂創(chuàng)造了獲取被攝體信息法，此這項(xiàng)技術(shù)的誕生贏得了各界的廣泛關(guān)注。圖像處理技術(shù)分析了由太空船返回地球的照片，再用圖像二值化處理技術(shù)處理，進(jìn)而得出了不銹鋼腐蝕圖像的點(diǎn)蝕速率特性、圖像分析法，然后確定局部腐蝕形貌，最終得到蝕孔的三維分布圖，以上這些均為數(shù)字化方法在工程實(shí)踐中的使用以及擴(kuò)展，這些技術(shù)也為科技的進(jìn)一步發(fā)展起到了推動(dòng)作用，同時(shí)，為水工鋼結(jié)構(gòu)腐蝕驗(yàn)證提供了精準(zhǔn)的研究方向，最終為今后工程管理部門(mén)科學(xué)與精準(zhǔn)的掌握設(shè)備提供強(qiáng)大的技術(shù)手段與方法。

2.2 圖像數(shù)字化 ?計(jì)算機(jī)智能對(duì)數(shù)字化的圖像進(jìn)行處理，為此，因此，圖像數(shù)字化是圖像分析的前提，像素計(jì)算機(jī)圖像顯示的最小單位，有突出的自相似特點(diǎn)。圖像數(shù)字化指在記錄圖像的過(guò)程中，對(duì)每個(gè)像素位置的明暗度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化采樣和量化，轉(zhuǎn)換后記錄圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)的敏感度，最終形成定量化的數(shù)字信息。而每個(gè)項(xiàng)目都存在兩個(gè)屬性信息，即位置與灰度，其就好比個(gè)二維坐標(biāo)，利用這個(gè)坐標(biāo)信息記錄該位置像素，這兩個(gè)坐標(biāo)決定了其對(duì)應(yīng)的行、列，明暗度值矩陣表示灰度信息像素位置。

2.3 水工鋼結(jié)構(gòu)腐蝕圖像識(shí)別技術(shù) ?近一些年，隨著科技與經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域中圖像處理技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，通過(guò)對(duì)圖像識(shí)別技術(shù)的研究，掌握?qǐng)D像的內(nèi)涵和特征信息，已經(jīng)成為工程技術(shù)人員掌握?qǐng)D像的關(guān)鍵方法，準(zhǔn)確掌握?qǐng)D像中記錄的腐蝕分布狀態(tài)、形態(tài)特征等定量信息，讓工程安全、可靠運(yùn)行擁有堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。水工鋼結(jié)構(gòu)腐蝕狀態(tài)的實(shí)際信息都涵蓋在了圖像處理技術(shù)獲得的灰度值中，其大小反映了腐蝕形態(tài)和凹凸性。此外，根據(jù)灰色統(tǒng)計(jì)參數(shù)和表面分布的不均勻性，分析了腐蝕區(qū)的形貌特征、波動(dòng)規(guī)律。利用圖像灰度指數(shù)、熵模型的構(gòu)建，進(jìn)而得出圖像前景熵和背景熵之和的最高灰度值，然后將其當(dāng)做圖像識(shí)別的最關(guān)鍵點(diǎn)。

要想確定它，要先采集圖像，然后處理圖像變換后的數(shù)字圖像，最終獲得圖像灰度與像素總數(shù)，并通過(guò)這兩個(gè)數(shù)值對(duì)闕值進(jìn)行確定，當(dāng)闕值確定后，再對(duì)計(jì)算灰度概率、樹(shù)、像素設(shè)計(jì)目標(biāo)、背景概率，根據(jù)計(jì)算結(jié)果計(jì)算出目標(biāo)總熵，然后再結(jié)合具體情況多目標(biāo)總熵和進(jìn)行判斷，看其到底是不是最大值，若不是最大的，則要對(duì)闕值重新取定，并重新再計(jì)算以此，若是最大的則代表已經(jīng)完成了計(jì)算，并得出最后的闕值，這是最大熵閾值分割算法步驟，通過(guò)腐蝕發(fā)生面積、統(tǒng)計(jì)面積比的確定，確定腐蝕分布信息。通過(guò)圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)腐蝕發(fā)生區(qū)面積進(jìn)行識(shí)別，此技術(shù)重點(diǎn)是二值化處理腐蝕圖像。即腐蝕區(qū)和非腐蝕區(qū)分布情況和信息可通過(guò)圖像黑白二值化法進(jìn)行描述，然后通過(guò)對(duì)數(shù)值分析統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行利用，掌握了鋼結(jié)構(gòu)腐蝕面積所反映的定量面積比信息。

計(jì)算流程：先對(duì)圖像分析，并實(shí)施分割，獲取腐蝕圖像分布的整體面貌，接著二值化處理圖像，實(shí)施區(qū)域幅值，然后再掃描列與行的像素，并判斷去到底是不是腐蝕像素，假若不是，就返回到上一個(gè)步驟，然后再實(shí)施重新的掃描判斷，若有腐蝕情況存在就在面積數(shù)上加1以后，確定到底要不要進(jìn)行終止，若不終止，要回到第二步，然后進(jìn)行取悅賦值掃描。一旦確定就要終止，然后對(duì)面積比進(jìn)行計(jì)算，最終獲得結(jié)果，以上這些情況就是對(duì)腐蝕分布情況進(jìn)行計(jì)算的流程。

3 ?鋼結(jié)構(gòu)腐蝕圖像識(shí)別后的防護(hù)

水工鋼結(jié)構(gòu)防腐中，一定要緊抓效益、安全與質(zhì)量這個(gè)中心，并以這個(gè)中心全面開(kāi)展相關(guān)工作。先要保證合理設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)，并利用精心的組織安排，以確保實(shí)現(xiàn)預(yù)期的防銹蝕與腐蝕的效果。水工鋼結(jié)構(gòu)一定要提前制定好相應(yīng)的防腐方案，并明確掌握和熟悉運(yùn)行條件、水文水質(zhì)、水環(huán)境、保護(hù)期等特殊要求，接著編科學(xué)合理的對(duì)方案進(jìn)行選擇和優(yōu)化，最終選擇一個(gè)最理想的方案。

在具體施工前，需要對(duì)工程狀況進(jìn)行更多的觀察，清晰的掌握好現(xiàn)場(chǎng)的具體狀況以及工程特點(diǎn)，最大程度的充分利用如公司擁有的水電設(shè)施、腳手架、防塵設(shè)施、起吊設(shè)備等存在的現(xiàn)實(shí)條件，施工現(xiàn)場(chǎng)中，也需要對(duì)當(dāng)?shù)氐牟牧?、設(shè)備進(jìn)行合理的規(guī)劃、利用、布置，從而確保效率達(dá)到最大化狀態(tài)。有很多方式能夠很好的防護(hù)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕狀況，如可應(yīng)用有機(jī)和無(wú)機(jī)涂料等，使用涂刷漆料的方式，將其在鋼結(jié)構(gòu)表面上刷涂一層，通過(guò)這樣的方式，可對(duì)鋼結(jié)構(gòu)、關(guān)介質(zhì)形成有效的隔離，達(dá)到最佳保護(hù)效果。此外，金屬層也可以被涂覆，比如，在水工結(jié)構(gòu)表面可以鍍鋅、鉻、鎳、熱浸鋅、鋁等;熱噴鋅、鋁等;且也可使用陰極保護(hù)法，鋼結(jié)構(gòu)使用外加電流或同性陽(yáng)極進(jìn)行相連接;化學(xué)膜轉(zhuǎn)化采用鈍化、磷化、氧化處理。水工鋼結(jié)構(gòu)通過(guò)這些方式做好防護(hù)，可有效防止出現(xiàn)腐蝕情況，最終對(duì)工程的可靠性與安全性形成最理想的保護(hù)。

4 ?結(jié)束語(yǔ)

今天，社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速騰飛，帶動(dòng)了我國(guó)水利工程業(yè)的蓬勃繁榮，隨著其規(guī)模與數(shù)量的不斷擴(kuò)大，其中也逐漸暴露出更多的問(wèn)題，為此，需要我們進(jìn)行高度重視。而水工鋼結(jié)構(gòu)腐蝕圖像用圖像識(shí)別技術(shù)處理時(shí)，應(yīng)用灰度處理法、二值化處理法，獲得水工鋼結(jié)構(gòu)腐蝕形態(tài)及腐蝕分布特征，經(jīng)定量化描述后，鋼結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)可被精準(zhǔn)掌握，這有十分巨大的現(xiàn)實(shí)意義。當(dāng)我們確定好腐蝕特征以后，為能夠有效控制水工金屬腐蝕著需要應(yīng)用合理科學(xué)的防腐措施，當(dāng)前時(shí)期，現(xiàn)代工業(yè)迅猛發(fā)展，鋼材的使用量逐年增加，在某種程度上，也讓新型防腐材料、防腐技術(shù)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展態(tài)勢(shì)，在一定程度上對(duì)水工建筑物的鋼筋保護(hù)發(fā)揮著巨大的現(xiàn)實(shí)作用，最終能夠?yàn)樾袠I(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展保駕護(hù)航。

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