【摘要】：為了保證通航安全,自航船模作為一種特殊的實驗手段被廣泛應(yīng)用于河工模型中展開通航研究,從而為航道的設(shè)計提供合理的建議。由于船模航行軌跡是評價通航船模試驗效果的重要參數(shù),能否準確且快速的測量自航船模航行軌跡至關(guān)重要。與此同時,深度學習的迅猛發(fā)展給許多領(lǐng)域帶來了新的技術(shù)革新,因此本文將深度學習引入到水運工程領(lǐng)域,提出了一種基于深度學習的自航船模航行軌跡測量方法。采用Faster RCNN算法對船模進行初定位,再利用幀間差分法和Freeman鏈碼提取船頭和船尾的坐標信息。實驗結(jié)果表明,Faster RCNN算法在船模檢測方面的有著較高的檢測精度,平均精確度達到98.5%。此外,為了更加直觀地顯示船模在河工模型中的航行軌跡,本文還進行了軟件可視化開發(fā),具有強大且豐富的數(shù)據(jù)處理功能,可繪制河工模型地圖以及船模航行軌跡,實現(xiàn)了對船模航行軌跡的快速監(jiān)測。本文不僅是對自航船模航行軌跡測量方法的理論研究,也從產(chǎn)品化的角度出發(fā)對自航船模航行軌跡測量系統(tǒng)的功能進行完善,具有理論研究和實際應(yīng)用的雙重意義。本文開展的主要工作如下:(1)調(diào)研常用的目標檢測及識別算法,包括基于運動信息的方法和基于統(tǒng)計學習模型的方法。分別介紹了背景減除法、幀間差分法、光流法的基本原理和實現(xiàn)方法,總結(jié)了三種算法適用場景以及優(yōu)缺點�；诮y(tǒng)計學習模型的方法主要介紹了近年來大熱的深度學習,闡述了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)以及各個網(wǎng)絡(luò)層(卷積層、池化層以及全連接層)的作用,介紹了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練方法的基本流程。(2)對通航船模試驗的現(xiàn)場環(huán)境進行實地考察,進而提出自航船模航行軌跡測量系統(tǒng)的設(shè)計方案。針對河工模型的尺寸各異且難以實現(xiàn)在一個視頻采集設(shè)備下完成對整個河工模型的監(jiān)測這一現(xiàn)狀,本文提出采用多個視頻采集設(shè)備組合完成對整個河工模型的監(jiān)測,且該系統(tǒng)具備可擴展特性,即視頻采集設(shè)備可按測量范圍的大小自由擴展,而不受系統(tǒng)本身的設(shè)計局限。(3)針對大多數(shù)河工模型監(jiān)測中視頻采集設(shè)備設(shè)置流程復(fù)雜的問題,本文采用了一種視頻采集設(shè)備視角自由的方法,利用投影變換算法來獲取鳥瞰圖,免去每次測量前的手工矯正,且該方法對復(fù)雜地形和外界光照具有較好的魯棒性。為了提高系統(tǒng)的檢測精度,本文采用在目標識別方面有著良好表現(xiàn)的Faster RCNN算法對船模進行檢測,介紹了該算法的實現(xiàn)原理以及數(shù)據(jù)集的制作方法。此外,介紹了自航船模航行軌跡測量軟件系統(tǒng)的開發(fā)流程以及每個模塊的具體功能。(4)為了驗證本文方法相關(guān)理論的正確性以及提出方案的可行性,本文開展了一系列實驗。網(wǎng)絡(luò)模型得到的精確度-召回率曲線和平均精確度表明了Faster RCNN網(wǎng)絡(luò)模型在船模檢測方面的有效性。展示了本文提出方法的主要步驟結(jié)果圖和航跡分析軟件繪制的航跡圖,直觀的顯示出本文提出的方法對船模航行軌跡有著良好的測量效果,可成功應(yīng)用于河工模型現(xiàn)場開展的通航船模試驗。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U675
【圖文】：

y dy , t dt ) I ( x, y , t)式按 Taylor 公式展開得： 2, , , ,I I II x y t dx dy dt I x y tx y t 中，ο( 2)是 dx,dy,dt 的二階項及大于二階的高階項，該項可忽略不計， dxdt , , , dyv x y tdt ，則上式可改寫為：0I I Iu vx y t 式被稱為光流約束方程，可以看出存在兩個未知量 u 和 v，而約束方程只有出唯一解。這就是光流法中的孔徑問題�？讖絾栴}的含義如圖 2.4 所示，度估計產(chǎn)生相同的解。對于三種不同的圖案，灰色圓圈孔徑中的運動明顯

式清空退出船模航行數(shù)據(jù)地圖航行軌跡圖舵角圖測量區(qū)域漂角幫助關(guān)于放大縮小移動航行速度視頻設(shè)備設(shè)置視場設(shè)置測量設(shè)置船模設(shè)置關(guān)閉最小化圖片報表文件圖 3.12 軟件系統(tǒng)功能模塊圖Fig. 3.12The function module diagram of software system.航跡測量軟件開發(fā)跡測量軟件相關(guān)算法的實現(xiàn)基于開源計算機視覺庫（OpenSourceCompu，OpenCV），并選用 Visual Studio 2010 作為開發(fā)平臺。從圖 3.12 中可測量軟件包含了六個模塊：初始化、開始、停止、導(dǎo)出、設(shè)置和其他。圖測量軟件的主界面。

學位論文 3 船模航行軌跡”按鈕，導(dǎo)入本次測量的河工模型地圖。其次，在“設(shè)置”中完成設(shè)置、測量設(shè)置以及船模設(shè)置。完成上述操作后，點擊“開始”按點擊“停止”按鈕時，將停止視頻采集。完成視頻采集之后，軟件進行分析處理，在狀態(tài)窗口中將會看到處理進度。最后，點擊“導(dǎo)出行數(shù)據(jù)的“*.xls”格式文件。備設(shè)置界面圖如圖 3.14 所示，清楚地展示了視頻設(shè)備的序號、設(shè)備狀態(tài)、啟用情況。用戶可以在該界面自行添加攝像機、修改攝像機
【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張婷;張福民;曲興華;職廣濤;劉本德;安慰寧;;基于激光二維掃描的船模航行軌跡測量系統(tǒng)[J];電子測量與儀器學報;2015年04期

2 陳增志;白響恩;吳善剛;肖英杰;陳亮;;基于計算機視覺的船模位置跟蹤[J];上海海事大學學報;2013年03期

3 蔡汝哲;李曉飆;陳敏;;涪江吳家渡電航工程船模通航試驗研究[J];水道港口;2010年05期

4 蔡創(chuàng);陳里;蔡汝哲;鄭濤;;涪江富金壩樞紐船模通航試驗研究[J];港工技術(shù);2009年01期

5 李金合;;自航船模在港口口門通航條件研究中的應(yīng)用[J];水運工程;2008年06期

6 嚴偉;金峰;韓繼斌;;船模試驗技術(shù)及應(yīng)用[J];湖北水力發(fā)電;2008年01期

7 汪擁赤,蔡汝哲,李曉飚;小尺度自航船模試驗及技術(shù)特點[J];水運工程;2005年11期

8 蔡汝哲,蔡創(chuàng);通航小尺度船模相似性問題[J];中國港灣建設(shè);2005年04期

9 汪擁赤,蔡汝哲,李曉飚;通航小尺度船模試驗研究[J];長江科學院院報;2005年02期

10 李一兵,王育林;船模航行試驗技術(shù)在水運工程研究中的應(yīng)用[J];水道港口;2004年S1期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 管玉龍;船模航行參數(shù)測試系統(tǒng)設(shè)計[D];華東理工大學;2012年

2 韓慧卿;計算機視覺在船模試驗中的應(yīng)用[D];大連理工大學;2004年

本文編號：2850666