(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210107576.2 (22)申请日 2022.01.28 (71)申请人 河海大学 地址 210024 江苏省南京市 鼓楼区西康路1 号 申请人 中国三峡建工 （集团） 有限公司 　 苏交科集团股份有限公司 (72)发明人 曹茂森　潘丽霞　姜亚洲　葛晶　 德拉霍米尔 ·诺瓦克　崔丽　 (74)专利代理 机构 西安铭泽知识产权代理事务 所(普通合伙) 61223 专利代理师 耿路 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06V 10/44(2022.01)G06T 7/00(2017.01) (54)发明名称 一种混凝土群裂纹演化的多重分形量化表 征方法 (57)摘要 本发明公开了一种混凝土群裂纹演化的多 重分形量化表征方法， 包括采集 混凝土结构上的 目标区域的混凝土群裂缝分布状态序列图像； 构 建混凝土群裂缝分布状态序列图像中的每个图 像的多重分形奇异谱； 根据多重分形奇异谱的曲 线特征判断裂缝分布的多重分形特征； 根据判断 结果将混凝土群裂缝分布状态序列图像的多个 多重分形奇异谱集结于同一个坐标系构成混凝 土群裂缝状态序列图像的多重分形奇异谱簇； 从 多重分形奇异谱簇中提取混凝土群裂缝分布状 态序列图像的多参数的分形特征因子集合。 本发 明提出的多参数分形特征因子能够表征荷载作 用下混凝土群裂缝动态演化， 形成混凝土结构性 态监控、 性能评价和安全预警的新 技术。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 114444186 A 2022.05.06 CN 114444186 A 1.一种混凝 土群裂纹演化的多重分形量 化表征方法， 其特 征在于， 包括： 采集混凝 土结构上的目标区域的混凝 土群裂缝分布状态序列图像； 构建混凝土群裂缝分布状态序列图像中的每 个图像的多重分形奇异谱； 根据多重分形奇异谱的曲线特 征判断裂缝分布的多重分形 特征； 根据判断结果将混凝土群裂缝分布状态序列图像的多个多重分形奇异谱集结于同一 个坐标系构成混凝 土群裂缝状态序列图像的多重分形奇异谱簇； 从所述多重分形奇异谱簇中提取混凝土群裂缝分布状态序列图像的多参数的分形特 征因子集 合。 2.根据权利要求1所述的一种混凝土群裂纹演化的多重分形量化表征方法， 其特征在 于： 所述采集混凝 土结构上的目标区域的群 裂缝分布状态序列图像， 包括以下步骤： 对混凝土结构连续作用多个荷载步， 并分别记录所述混凝土结构上的目标区域在每个 荷载步作用下的混凝 土群裂缝分布状态图像。 3.根据权利要求2所述的一种混凝土群裂纹演化的多重分形量化表征方法， 其特征在 于： 所述构建混凝土群裂缝分布状态序列图像中的每个图像的多重分形奇异谱， 包括以下 步骤： 对每个荷载作用下的混凝土群裂缝分布状态图像分别进行二值化处理， 得到每个荷载 作用下的混凝 土群裂缝分布二 值图像； 分别计算每 个所述混凝 土群裂缝分布二 值图像的奇异性指数和奇异性维数； 依据每个所述混凝土群裂缝分布二值图像的奇异性指数和奇异性维数分别绘制每个 所述混凝 土群裂缝分布二 值图像的多重分形奇异谱。 4.根据权利要求3所述的一种混凝土群裂纹演化的多重分形量化表征方法， 其特征在 于： 所述计算混凝 土群裂缝分布二 值图像的奇异性指数和奇异性维数， 包括以下步骤： 计算所述混凝 土群裂缝分布二 值图像的总像素M； 分别采用不同尺寸盒子覆盖所述混凝土群裂缝分布二值图像， 并分别计算当每个不同 尺寸盒子的尺寸为L时， 所述混凝土群裂缝分布二值图像中的裂缝的在盒子中的局部裂缝 比例pi(L)， 具体表达公式为： 其中mi(L)表示盒子尺寸 为L时， 第i个盒子内所含裂缝的像素； 对每个不同尺寸盒子的局部裂缝比例pi(L)进行归一 化处理， 具体计算公式如下： 其中q为权 重因子， 其取值 一般为[‑10,10]； μi(q,L)表示所述混凝 土群裂缝分布二 值图像局部像素差异性， 其取值范围为[0,1]； 计算在不同权重因子下的所述混凝土群裂缝分布二值图像的奇异性指数， 具体计算公 式如下： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114444186 A 2其中a(q)为在不同权 重因子下的所述混凝 土群裂缝分布二 值图像的奇异性指数； 计算在不同权重因子下的所述混凝土群裂缝分布二值图像的奇异性维数， 具体计算如 下： 其中f(q)为在不同权 重因子下的所述混凝 土群裂缝分布二 值图像的奇异性维数。 5.根据权利要求4所述的一种混凝土群裂纹演化的多重分形量化表征方法， 其特征在 于： 以在不同权重因子下的所述混凝土群裂缝分布二值图像的奇异性指数a(q)为横坐标， 并以f(q)在不同权重因子下的所述混凝土群裂缝分布二值图像的奇异性维数为纵坐标绘 制所述混凝 土群裂缝分布二 值图像的多重分形奇异谱； 若当权重因子q>0时， 所述混凝土群裂缝分布二值图像的多重分形奇异谱的曲线特征 为f(q)随着a(q)的增大而增大， 且当权重因子q<0时， 所述混凝土群裂缝分布 二值图像的多 重分形奇异谱的曲线 特征为f(q)随着a(q)的增大而减小， 则所述混凝土结构上的群裂缝分 布具有多重分形 特性。 6.根据权利要求5所述的一种混凝土群裂纹演化的多重分形量化表征方法， 其特征在 于： 所述混凝 土群裂缝分布状态序列图像的多参数的分形 特征因子集 合， 包括： 最小奇异性指数amin， 其表征所述混凝土结构上的目标区域的最大局部裂缝比例影响 力； 最大奇异性指数amax， 其表征所述混凝土结构上的目标区域的最小局部裂缝比例影响 力； 多重分形奇异谱谱宽 △a,其表征所述混凝土结构上的目标区域的裂缝分布不均匀程 度,其表达式为： △a＝amax‑amin    (5) 最大奇异性维数fmax， 其表征所述混凝 土结构上的目标区域的裂缝分布的整体情况； 多重分形奇异谱奇异性维数差 △f， 其表征所述混凝土结构上的目标区域的不同局部 裂缝比例种类差异所导 致的分布不均匀性,其表达式为： △f＝f(amax)‑f(amin)    (6) 其中f(amax)为当所述混凝土群裂缝分布二值图像的多重分形奇异谱中的异性指数为 amax时的奇异性维数值； f(amin)为当所述混凝土群裂缝分布二值图像的多重分形奇异谱中的异性指数为amin时 的奇异性维数值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114444186 A 3