水工钢结构腐蚀的图像识别技术

叶慰

摘要：在水利工程建筑物中，其金属结构长时间与侵蚀性介质接触，会受到一定程度的化学侵蚀，并且引起受到风浪以及高速水流的反复冲击，易将其冲撞破坏，同时，水中的泥沙也会钢结构产生一定的冲刷，以上这些因素均会导致水工金属结构受到损坏。而当前阶段，我们迫切需要解决的一个问题就是将金属结构的腐蚀状况检定技术与抵抗腐蚀能力的提升。鉴于此，文章详细论述了水工钢结构腐蚀的图像识别技术，旨在可以为相关业界人士提供有价值的借鉴与参考，最终能够为行业的发展贡献自己应有的力量。

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.

关键词：水工;钢结构;腐蚀;图像识别技术

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

中图分类号：TP391.4                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）19-0203-02

0  引言

当前，社会经济日新月异发展，钢结构基于自身拥有的很多的优势特点，为此被广泛的应用在建筑业中，并成为了时下建筑业发展的的一个必然选择。然而，钢结构腐蚀的问题我们也不能忽视，因其腐蚀原因会严重的威胁到钢结构工程的可靠性与安全性。据相关统计可知，全世界一年由于腐蚀导致的金属损失约占10%-20%，而将其兑换成现金，则有很庞大的数目，而所占比重最大的当属建筑业中的钢结构腐蚀。所以，建筑业想要更加稳定安全的发展，最大程度确保人身安全，则需要强化对钢结构的防护。

通常在一般工程中可使用欧拉几何法度量构建，但却不能表示腐蚀情况的分布与形状特征，鉴于此，在20世纪英国就咸用数字压缩技术对照片进行处理，进而让更多的人应用图形处理技术来获取被拍摄物的有关信息。并利用二值化处理图像技术，得到不锈钢腐蚀图像呈现的孔蚀率特性，并对腐蚀对钢结构性能引发的削弱影响进行分析，还能定性分类与判定铝合金、钛合金等其它金属在不同腐蚀条件下产生的石坑大小、形状及石坑形态特征，最终为钢结构构件的表面特性和空化形态特性的描述提供了有效的方法，从而实现对水工钢结构腐蚀情况的更好检查，增强安全性和可靠性。

1  水工钢构腐蚀原理

钢结构在水利水电工程中进行着广泛的应用，所以常会出现腐蚀性的问题，如在水电站的厂房上和拦河坝生的应用等，会经常见到钢结构的腐蚀问题，若未对其有效的实施治理与防护，则会最终影响工程的可靠性与安全性。

1.1 腐蚀定义  物质与外界介质接触后，会发生化学作用，然后产生自身损坏的现象。

1.2 电化学腐蚀形式  金属钢结构同接触介质产生电化学反应，将逝去或获得电子，最终形成电流，进而出现化学反应。而水工钢闸门在大部分状况下出现的即为电化学形式的腐蚀，其定义：在电解质中，不同类型的金属表面的一些位置会出现电极电位差别，进而产生电位差、阴极反应、陽极反应，在这个过程中电子会出现移动，进而最终形成腐蚀过程，进而产生电位差、阴极反应、阳极反应，在这个过程中，电子会移动，最终形成腐蚀过程，使阳极腐蚀，但保护阴极。这个过程中，钢结构表面存在电位差，阳极与阴极接触，阳极、阴极在连接介质中，这是电化学腐蚀的三要素。

1.3 水工钢结构腐蚀特征  对于水工结构而言，其长时间在各类水质中浸泡，如工业酸碱废水、淡水、海水等中，经水位变化或波浪起伏飞溅的作用，使其长期处于干湿交替、阴暗潮湿中。此外，高速水流冲刷，阳光直射、水生物附着、空气污染等多重因素也会让水工结构处在恶劣环境，最终导致腐蚀情况严重。当水工结构被腐蚀后，表面会呈现凹凸不平、锈蚀孔洞等，从而无法精准实施定量化描述。钢结构刚开始出现锈蚀时，其表面发暗，轻锈颜色为暗红，然后随着时间的慢慢推移会发生棕黄色或褐色，而最严重时会呈现出锈坑、以及褐色与棕色疤痕，而发生化学反应之后的产物为Fe3O4、Fe2O3、FeO，而在腐蚀区域中这三者都始终是一起存在的，从而随着时间的变化会使腐蚀程度增加。

2  水工钢结构腐蚀图像识别技术

2.1 用数字化方法处理图像  英国是从上世纪20年代至今，第一个用数字压缩技术对照片进行处理，应用图像处理技术后，桀纣创造了获取被摄体信息法，此这项技术的诞生赢得了各界的广泛关注。图像处理技术分析了由太空船返回地球的照片，再用图像二值化处理技术处理，进而得出了不锈钢腐蚀图像的点蚀速率特性、图像分析法，然后确定局部腐蚀形貌，最终得到蚀孔的三维分布图，以上这些均为数字化方法在工程实践中的使用以及扩展，这些技术也为科技的进一步发展起到了推动作用，同时，为水工钢结构腐蚀验证提供了精准的研究方向，最终为今后工程管理部门科学与精准的掌握设备提供强大的技术手段与方法。

2.2 图像数字化  计算机智能对数字化的图像进行处理，为此，因此，图像数字化是图像分析的前提，像素计算机图像显示的最小单位，有突出的自相似特点。图像数字化指在记录图像的过程中，对每个像素位置的明暗度进行标准化采样和量化，转换后记录图像对应点的敏感度，最终形成定量化的数字信息。而每个项目都存在两个属性信息，即位置与灰度，其就好比个二维坐标，利用这个坐标信息记录该位置像素，这两个坐标决定了其对应的行、列，明暗度值矩阵表示灰度信息像素位置。

2.3 水工钢结构腐蚀图像识别技术  近一些年，随着科技与经济的飞速发展，在各个领域中图像处理技术得到了广泛的应用与发展，通过对图像识别技术的研究，掌握图像的内涵和特征信息，已经成为工程技术人员掌握图像的关键方法，准确掌握图像中记录的腐蚀分布状态、形态特征等定量信息，让工程安全、可靠运行拥有坚实的技术基础。水工钢结构腐蚀状态的实际信息都涵盖在了图像处理技术获得的灰度值中，其大小反映了腐蚀形态和凹凸性。此外，根据灰色统计参数和表面分布的不均匀性，分析了腐蚀区的形貌特征、波动规律。利用图像灰度指数、熵模型的构建，进而得出图像前景熵和背景熵之和的最高灰度值，然后将其当做图像识别的最关键点。

要想确定它，要先采集图像，然后处理图像变换后的数字图像，最终获得图像灰度与像素总数，并通过这两个数值对阙值进行确定，当阙值确定后，再对计算灰度概率、樹、像素设计目标、背景概率，根据计算结果计算出目标总熵，然后再结合具体情况多目标总熵和进行判断，看其到底是不是最大值，若不是最大的，则要对阙值重新取定，并重新再计算以此，若是最大的则代表已经完成了计算，并得出最后的阙值，这是最大熵阈值分割算法步骤，通过腐蚀发生面积、统计面积比的确定，确定腐蚀分布信息。通过图像识别技术对腐蚀发生区面积进行识别，此技术重点是二值化处理腐蚀图像。即腐蚀区和非腐蚀区分布情况和信息可通过图像黑白二值化法进行描述，然后通过对数值分析统计法进行利用，掌握了钢结构腐蚀面积所反映的定量面积比信息。

计算流程：先对图像分析，并实施分割，获取腐蚀图像分布的整体面貌，接着二值化处理图像，实施区域幅值，然后再扫描列与行的像素，并判断去到底是不是腐蚀像素，假若不是，就返回到上一个步骤，然后再实施重新的扫描判断，若有腐蚀情况存在就在面积数上加1以后，确定到底要不要进行终止，若不终止，要回到第二步，然后进行取悦赋值扫描。一旦确定就要终止，然后对面积比进行计算，最终获得结果，以上这些情况就是对腐蚀分布情况进行计算的流程。

3  钢结构腐蚀图像识别后的防护

水工钢结构防腐中，一定要紧抓效益、安全与质量这个中心，并以这个中心全面开展相关工作。先要保证合理设计钢结构，并利用精心的组织安排，以确保实现预期的防锈蚀与腐蚀的效果。水工钢结构一定要提前制定好相应的防腐方案，并明确掌握和熟悉运行条件、水文水质、水环境、保护期等特殊要求，接着编科学合理的对方案进行选择和优化，最终选择一个最理想的方案。

在具体施工前，需要对工程状况进行更多的观察，清晰的掌握好现场的具体状况以及工程特点，最大程度的充分利用如公司拥有的水电设施、脚手架、防尘设施、起吊设备等存在的现实条件，施工现场中，也需要对当地的材料、设备进行合理的规划、利用、布置，从而确保效率达到最大化状态。有很多方式能够很好的防护钢结构腐蚀状况，如可应用有机和无机涂料等，使用涂刷漆料的方式，将其在钢结构表面上刷涂一层，通过这样的方式，可对钢结构、关介质形成有效的隔离，达到最佳保护效果。此外，金属层也可以被涂覆，比如，在水工结构表面可以镀锌、铬、镍、热浸锌、铝等;热喷锌、铝等;且也可使用阴极保护法，钢结构使用外加电流或同性阳极进行相连接;化学膜转化采用钝化、磷化、氧化处理。水工钢结构通过这些方式做好防护，可有效防止出现腐蚀情况，最终对工程的可靠性与安全性形成最理想的保护。

4  结束语

今天，社会经济迅速腾飞，带动了我国水利工程业的蓬勃繁荣，随着其规模与数量的不断扩大，其中也逐渐暴露出更多的问题，为此，需要我们进行高度重视。而水工钢结构腐蚀图像用图像识别技术处理时，应用灰度处理法、二值化处理法，获得水工钢结构腐蚀形态及腐蚀分布特征，经定量化描述后，钢结构的安全状态可被精准掌握，这有十分巨大的现实意义。当我们确定好腐蚀特征以后，为能够有效控制水工金属腐蚀着需要应用合理科学的防腐措施，当前时期，现代工业迅猛发展，钢材的使用量逐年增加，在某种程度上，也让新型防腐材料、防腐技术呈现出蓬勃发展态势，在一定程度上对水工建筑物的钢筋保护发挥着巨大的现实作用，最终能够为行业的健康可持续发展保驾护航。

参考文献：

[1]刘丽，杨超.水利水电工程中钢结构的腐蚀[J].城市建设理论研究（电子版），2014，08（23）.

[2]赵金龙.钢结构腐蚀的防护与控制[J].城市建设理论研究（电子版），2013（18）.

[3]孙晋峰.钢结构腐蚀机理及影响因素初探[J].城市建设理论研究（电子版），2013（30）.

[4]张平.水工钢结构热喷涂金属阶梯涂层防腐技术及应用[J].世界有色金属，2016（21）：38-39.

[5]王泽民，郭建斌，王楠.基于差分盒维数法的水工钢结构腐蚀率检测[J].腐蚀与防护，2013，34（05）：407-409，422.

[6]赵岩.水利水电工程金属结构腐蚀分析与研究[J].工业设计，2016（01）：154-155.

[7]张伟超.水利工程溢洪道钢闸门防腐处理的研究与应用[J].钢结构，2016，31（04）：95-97.

[8]张鹏，黄彬，廖有为.冷喷锌在水利水电工程钢结构防腐领域的应用[J].湖南水利水电，2017（06）：36-39.

[9]蔡育杰.浅述钢结构在水利工程中的应用[J].建材与装饰，2018（07）：297-298.