蓝色科研看中心|面向疏浚工程的高精度波浪图像识别技术
为深入贯彻中交集团“666”战略框架与“1545”建设目标以及中交疏浚“1446”发展战略和“123456”工作方针,彰显疏浚国家中心打造世界一流疏浚与海洋原创技术策源地与战略科技力量的攻坚成效,现推出“蓝色科研看中心”系列专栏,聚焦公司核心科研平台、自主研发成果及工程应用实践,展现公司在疏浚、海洋、生态治理等领域的技术突破与创新实力,推动科技成果向新产业、新模式、新动能加速转化,为集团打造世界一流企业注入强劲科创动能。
面向外海疏浚、航道维护、吹填造陆等工程场景,波浪状态直接影响耙吸船航行、下耙、疏浚和抛泥等作业安全。针对传统浮标、岸基测站与单点传感器难以随船同步感知,图像方法又易受雾、光照和船体运动影响等问题,疏浚国家中心研发形成了面向疏浚工程的高精度波浪图像识别技术,实现波高、周期和波向的船载快速识别,为施工窗口判断、机具操作和智能疏浚决策提供环境数据支撑。
该技术面向疏浚船动态作业环境,构建了“船载图像采集+智能图像识别+波向视觉追踪”技术体系。通过多类传感设备同步采集波浪图像与波浪参数,建立多环境样本数据集;基于轻量化网络,结合图像预处理方法,实现波高、周期、波向等识别;同时基于智能追踪方法,计算波列传播方向和波速。该技术可与船载监测设备、数据传输链路和水文速报系统集成,直接服务疏浚船现场作业。
该技术的突出特点,在于兼顾了识别要素完整性、工程识别精度和船载部署便利性。一是识别要素较全。除波高外,可同步识别波周期、波向和波列传播速度,并可结合安全阈值识别临界海况,为耙臂收放、作业姿态调整和施工窗口判断提供依据。
二是工程精度可靠。基于盲测样本和工程海域验证,波浪图像识别误差小于10%的样本占比超过90%;船载声学测波与姿态解耦验证中,监测误差低于10%,可满足现场海况趋势判断和安全辅助决策需求。三是识别技术严谨。该技术不是简单拍照判读,而是基于波浪形态特征开展识别:通过图像增强、去雾和裁剪提高波面辨识度,通过轻量化网络提取浪峰、浪谷、纹理和明暗变化特征,通过连续帧追踪识别波列运动方向。
四是船载部署便利。采用 MobileNet-V1 轻量化网络,计算量和参数量明显低于 VGG16、DenseNet 等复杂模型,更适合船载工控机和边缘计算终端运行。
该技术主要适用于对波浪变化敏感、对施工窗口和机具安全要求较高的疏浚工程场景,尤其适合耙吸挖泥船在航行、下耙、疏浚、抛泥、吹填等全过程中的海况监测。在机具操作层面,可为耙臂收放、泥泵启停、作业姿态调整提供参考;在施工组织层面,可服务于航道疏浚、港池维护、机场填海、岛礁吹填和海外深远海疏浚等工程;在系统建设层面,可作为智能疏浚、无人化施工和船岸协同决策的前端感知模块。
该技术可结合疏浚船现有监控系统、通信链路和环境传感设备进行部署,已在“新海虎8”等挖泥船进行实船测试与工程化验证,系统完成了疏浚船舶作业过程分析、波浪图像采集、样本标注、识别模型训练和波向追踪验证等环节测试,技术性能稳定,识别精度可靠,为长江口深水航道、厦门机场、温州航道、平陆运河及海外疏浚工程等场景的智能化环境感知提供技术支撑。
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