一种海洋环境钢结构防腐蚀涂层失效在线监测系统及方法与流程

1.本发明属于防腐蚀涂层在线监测技术领域，特别是针对海洋环境钢结构防腐蚀老化损伤在线监测技术领域，尤其涉及一种海洋环境钢结构防腐蚀涂层失效在线监测系统及方法。


背景技术：

2.海洋工程钢结构在出厂前均覆有防护涂层，钢结构防腐涂层由于能够防止钢结构的腐蚀，可以达到增加钢结构设备的使用寿命。然而在使用过程中，由于阳光暴晒、盐雾侵蚀、海水冲刷、海生物黏附等各种因素的影响，防腐涂层会产生裂缝、点蚀、起泡、剥落和变色等老化损伤情况，大大降低了防腐涂层的保护作用，从而影响钢结构设备的强度，给安全生产带来隐患和灾害。
3.受制于海洋环境作业受天气变化、安全风险大等因素影响，运行人员无法对其腐蚀情况进行全方面、实时、准确的监测。目前海洋工程钢结构出现腐蚀问题的处理办法通常是运行人员根据涂层表面腐蚀严重程度来决定是否需要人工检测或修复，这种方式主观性较高，存在严重的滞后性和不稳定性，且每次检测费用较高，人员和设备均存在安全风险。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种海洋环境钢结构防腐蚀涂层失效在线监测系统及方法，通过在海洋工程钢结构的大气区、浪花飞溅区、海水潮差区、水下区等关键部位布置探头、数据采集装置和高清摄像头获得涂层阻抗数据和腐蚀图像数据，数据经过网线、光纤和通信模块传输至服务器，经监控软件系统进行分析处理，实现对防腐蚀涂层老化损伤状态的实时监测与状态评估，使用户通过内网或无线网络即可查看海洋工程钢结构表面涂层老化和损伤状态。
5.本发明一方面提供了一种海洋环境钢结构防腐蚀涂层失效在线监测系统，包括：
6.在线监测模块，包括：多个电化学监测子模块(2)以及视频监测子模块(5)，所述多个电化学监测子模块分别设置在不同位置的钢结构上，用于采集所述钢结构防腐蚀涂层(1)的老化参数；所述视频监测子模块根据所述钢结构的监视点位的数量以及所述钢结构所在的现场安装环境确定，用于采集所述钢结构所在的现场设备的腐蚀视频图像数据；
7.通信模块(6)，用于将所述老化参数和所述腐蚀视频图像数据经过所述通信模块(6)传输至服务器或工控机(8)；以及
8.涂层失效状态评估模块(9)，设置在所述服务器或工控机(8)上，用于对所述防腐蚀涂层的老化和损伤状态进行实时监测与状态评估。
9.优选的，所述电化学监测子模块(2)包括：
10.多个探头(3)，所述探头(3)分别安装在所述钢结构所在现场的大气区、浪花飞溅区、海水潮差区和水下浸没区，用于测试涂层老化参数，所述涂层老化参数包括涂层老化系数、电偶电流、动电位极化曲线和/或电化学噪声图等参数；
11.监测仪(4)，与多个探头(3)连接，用于长期测量所述防腐蚀涂层的老化参数；所述监测仪(4)的内部设置开关电路控制器，用于实现定时控制所述探头(3)的循环测量；或者通过所述服务器或工控机(8)进行所述探头(3)的循环测量的控制；所述监测仪(4)内部还设置临时存储设备、虚拟服务器和第一报警装置，如果所述涂层老化参数超出阈值，所述第一报警装置将产生报警提示，并将所述涂层老化参数、监测点信息和时间在所述临时存储设备和虚拟临时服务器中同步存储；以及
12.供电模块，分别与多个探头(3)以及监测仪(4)连接为其提供电能。
13.优选的，所述探头(3)为基于电化学阻抗、多电极电偶电流、动电位极化和电化学噪声测量原理的探头。
14.优化的，所述视频监测子模块(5)包括：
15.现场高清摄像机，用于钢结构所在现场设备的腐蚀视频图像数据进行采集；
16.计算平台，所述计算平台设置在具有gpu图像加速处理板的通用计算机上，用于通过标准的视频流传输协议，采用定时轮巡工作方式，按照用户制定的调度计划，依次采集现场的腐蚀视频图像数据，并通过视觉图像分析处理技术，对所述腐蚀视频图像数据中的涂层老化损伤进行检测和识别获得识别结果；
17.第二报警装置，如果所述识别结果中发现涂层腐蚀，所述第二报警装置产生报警提示，并将老化损伤图片、老化损伤类型、老化损伤位置、老化损伤程度和检测时间的相关信息存储在所述服务器或工控机(8)。
18.优化的，所述通信模块包括网线或光纤收发器(7)、内网通信模块和外网无线通信模块。
19.优选的，所述涂层失效状态评估模块(9)包括：
20.实时监测数据接收子模块，用于接收用于分析涂层老化和损伤情况的老化参数和腐蚀视频图像数据；
21.历史数据存储子模块，用于存储用于分析涂层老化和损伤情况的老化参数和腐蚀视频图像数据；
22.统计分析模块，用于基于涂层腐蚀状态预警指标体系和风险预警分级模型，计算实时防腐蚀涂层腐蚀风险级别；
23.警报模块，用于发生腐蚀风险后自动发送警报信息；
24.报告管理模块，用于相关人员收到警报信息后，对警报信息核实，如果确定为真实警报及时处置，并通过系统反馈处置结果；以及
25.三维可视化展示子模块，用于通过所述通讯模块中的内网通信模块或外网无线通信模块将所述防腐蚀涂层的老化和损伤状态实时显示供用户查看。
26.本发明的第二方面提供一种海洋环境钢结构防腐蚀涂层失效在线监测方法，包括：
27.s1，采集所述钢结构防腐蚀涂层的老化参数以及所述钢结构所在的现场设备的腐蚀视频图像数据；
28.s2，将所述老化参数和所述腐蚀视频图像数据经过所述通信模块(6)传输至服务器或工控机(8)；以及
29.s3，基于设置在所述服务器或工控机(8)上的涂层失效状态评估模块(9)对所述老
化参数和所述腐蚀视频图像数据进行分析处理，对所述防腐蚀涂层的老化和损伤状态进行实时监测与状态评估。
30.优选的，所述s3包括：
31.s31，对于所述老化参数，基于专家知识建立防腐蚀涂层老化及完整性评估及预警模型，并基于防腐蚀涂层老化及完整性评估及预警模型建立老化等级第一评价指标体系，所述老化等级第一评价指标体系包括涂层老化系数、电偶电流、动电位极化曲线和/或电化学噪声图的评价指标，基于是否超过老化等级第一评价指标体系中的评价指标阈值对所述防腐蚀涂层的老化损伤等级进行评估，对所述防腐蚀涂层的寿命进行预测及预警获得第一监测评估结果；
32.s32，对于所述腐蚀视频图像数据，基于图像识别技术，选择部分所述腐蚀视频图像数据作为现场涂层典型老化损伤样本，提取所述现场涂层典型老化损伤样本中的典型涂层检测和识别基础特征，并基于所述典型涂层检测和识别基础特征构建典型涂层老化损伤数据库；基于所述典型涂层老化损伤数据库建立老化损伤识别深度特征提取网络模型，通过目标函数对老化损伤识别深度特征提取网络模型的结构参数进行训练和优化获得优化后的老化损伤识别深度神经网络模型，基于老化损伤识别深度神经网络模型识别老化损伤的典型等级；基于防腐蚀涂层老化及完整性评估及预警模型建立老化等级第二评价指标体系，所述老化等级第二评价指标体系包括绝对老化损伤面积、相对老化损伤面积和/或密集度的评价指标，基于是否超过老化等级第二评价指标体系中的评价指标阈值对所述防腐蚀涂层的老化损伤的非典型等级进行评估，基于老化损伤的典型等级和所述老化损伤的非典型等级获得第二监测评估结果；
33.s33，基于所述第一监测评估结果和/或第二监测评估结果确定发送警报信息；如果收到所述警报信息，基于所述警报信息对所述钢结构防腐蚀涂层进行处置以及反馈处置结果。
34.本发明的第三方面提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有多条指令，所述处理器用于读取所述指令并执行如第二方面所述的方法。
35.本发明的第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有多条指令，所述多条指令可被处理器读取并执行如第二方面所述的方法。
36.本发明提供的方法、装置、电子设备以及计算机可读存储介质，具有如下有益的技术效果：
37.引入了一种动态数据标签方法，解决了传统的静态标签无法对新能源发电场站或集控中心的海量告警数据进行有效标注的问题(即：传统的静态标签技术，无法在日均数以万计的大量告警信息中，有效标注出优先级最高的亟待监盘人员立即处理的关键告警信息)，解决了神经网络等人工智能算法难以有效应用在新能源电站告警数据处理中的难题，为智慧监盘和智慧电厂建设提供了关键技术。
附图说明
38.图1为根据本发明优选实施例示出的涂层失效在线监测系统的结构示意图。
39.图2为根据本发明优选实施例示出的涂层失效在线监测系统探头布置示意图。
40.图3为根据本发明优选实施例示出的涂层失效在线监测系统的安装示意图；其中
图3(a)为摄像头安装示意图；图3(b)为防护柜安装示意图；图3(c)为探头安装示意图。
41.图4为本发明提供的电子设备一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
42.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
43.实施例一
44.如图1-3所示，一种海洋环境钢结构防腐蚀涂层失效在线监测系统，包括：
45.在线监测模块，包括：多个电化学监测子模块(2)以及视频监测子模块(5)，所述多个电化学监测子模块分别设置在不同位置的钢结构上，用于采集所述钢结构防腐蚀涂层(1)的老化参数；所述视频监测子模块根据所述钢结构的监视点位的数量以及所述钢结构所在的现场安装环境确定，用于采集所述钢结构所在的现场设备的腐蚀视频图像数据；
46.通信模块(6)，用于将所述老化参数和所述腐蚀视频图像数据经过所述通信模块(6)传输至服务器或工控机(8)；以及
47.涂层失效状态评估模块(9)，设置在所述服务器或工控机(8)上，本实施例中，涂层失效状态评估模块实现为涂层失效状态评估软件，经涂层失效状态评估软件进行分析处理，对所述防腐蚀涂层的老化和损伤状态进行实时监测与状态评估。
48.作为优选的实施方式，所述电化学监测子模块(2)包括：
49.多个探头(3)，所述探头(3)分别安装在所述钢结构所在现场的大气区、浪花飞溅区、海水潮差区和水下浸没区，大气区、浪花飞溅区、海水潮差区和水下浸没区，这些区域是钢管桩关键部位，其中的涂层表面参数对于涂层失效判定至关重要。本实施例中，电化学监测模块利用基于电化学阻抗、多电极电偶电流、动电位极化和电化学噪声等多种测量原理的探头，分别测试并计算涂层老化参数，所述涂层老化参数包括涂层老化系数、电偶电流、动电位极化曲线和/或电化学噪声图等参数，上述探头(3)获取的涂层老化参数均可用于评估涂层老化与损伤状态，预测涂层老化及损伤变化趋势；探头(3)的通道数量和安装位置根据监视点位的数量以及现场安装环境来决定；
50.监测仪(4)，与多个探头(3)连接，用于长期测量所述防腐蚀涂层的老化参数；所述监测仪(4)的内部设置开关电路控制器，用于实现定时控制所述探头(3)的循环测量；或者通过所述服务器或工控机(8)，特别是服务器或工控机(8)上的软件系统下发测试指令进行所述探头(3)的循环测量的控制；所述监测仪(4)内部还设置临时存储设备、虚拟服务器和第一报警装置，本实施例中采用flashrom作为临时存储设备，用户后期可通过特定软件读取所述临时存储设备内的涂层老化参数，如果发现涂层老化参数超出阈值，所述第一报警装置将产生报警提示，并将所述涂层老化参数、监测点信息和时间等相关信息在所述临时存储设备和虚拟临时服务器中同步存储，供用户调阅和确认；所述监测仪(4)的通道数量和安装位置根据监视点位的数量以及现场安装环境来决定；以及
51.供电模块，分别与多个探头(3)以及监测仪(4)连接为其提供电能；本实施例中，所述供电模块为蓄电池。
52.作为优化的实施方式，所述视频监测子模块(5)包括：
53.现场高清摄像机，用于钢结构所在现场设备的腐蚀视频图像数据进行采集，所述
现场高清摄像机的数量和安装位置根据钢结构监视点位的数量和钢结构所在现场安装环境来决定；
54.计算平台，所述计算平台设置在具有gpu图像加速处理板的通用计算机上，可根据现场工作环境采用工控机(服务器)，所述计算平台应用上位机软件系统通过标准的视频流传输协议，采用定时轮巡工作方式，按照用户制定的调度计划，依次采集现场的腐蚀视频图像数据，并通过视觉图像分析处理技术，对所述腐蚀视频图像数据中的涂层老化损伤进行检测和识别获得识别结果；
55.第二报警装置，如果所述识别结果中发现涂层腐蚀，所述第二报警装置产生报警提示，并将老化损伤图片、老化损伤类型、老化损伤位置、老化损伤程度和检测时间的相关信息存储在所述服务器或工控机(8)，供用户调阅和确认。
56.作为优化的实施方式，所述通信模块包括网线或光纤收发器(7)、内网通信模块和外网无线通信模块。
57.作为优选的实施方式，所述涂层失效状态评估模块(9)包括：
58.实时监测数据接收子模块，用于接收用于分析涂层老化和损伤情况的老化参数和腐蚀视频图像数据；
59.历史数据存储子模块，用于存储用于分析涂层老化和损伤情况的老化参数和腐蚀视频图像数据；
60.统计分析模块，用于基于涂层腐蚀状态预警指标体系和风险预警分级模型，计算实时防腐蚀涂层腐蚀风险级别；
61.警报模块，用于发生腐蚀风险后自动发送警报信息；
62.报告管理模块，用于相关人员收到警报信息后，对警报信息核实，如果确定为真实警报及时处置，并通过系统反馈处置结果；以及
63.三维可视化展示子模块，用于通过所述通讯模块中的内网通信模块或外网无线通信模块将所述防腐蚀涂层的老化和损伤状态实时显示供用户查看。
64.实施例二
65.一种海洋环境钢结构防腐蚀涂层失效在线监测方法，包括：
66.s1，采集所述钢结构防腐蚀涂层的老化参数以及所述钢结构所在的现场设备的腐蚀视频图像数据；
67.s2，将所述老化参数和所述腐蚀视频图像数据经过所述通信模块(6)传输至服务器或工控机(8)；以及
68.s3，基于设置在所述服务器或工控机(8)上的涂层失效状态评估模块(9)对所述老化参数和所述腐蚀视频图像数据进行分析处理，对所述防腐蚀涂层的老化和损伤状态进行实时监测与状态评估。
69.作为优选的实施方式，所述s3包括：
70.s31，对于所述老化参数，基于专家知识建立防腐蚀涂层老化及完整性评估及预警模型，并基于防腐蚀涂层老化及完整性评估及预警模型建立老化等级第一评价指标体系，所述老化等级第一评价指标体系包括涂层老化系数、电偶电流、动电位极化曲线和/或电化学噪声图的评价指标，基于是否超过老化等级第一评价指标体系中的评价指标阈值对所述防腐蚀涂层的老化损伤等级进行评估，对所述防腐蚀涂层的寿命进行预测及预警获得第一
监测评估结果；
71.s32，对于所述腐蚀视频图像数据，基于图像识别技术，选择部分所述腐蚀视频图像数据作为现场涂层典型老化损伤样本，提取所述现场涂层典型老化损伤样本中的典型涂层检测和识别基础特征，并基于所述典型涂层检测和识别基础特征构建典型涂层老化损伤数据库；基于所述典型涂层老化损伤数据库建立老化损伤识别深度特征提取网络模型，通过目标函数对老化损伤识别深度特征提取网络模型的结构参数进行训练和优化获得优化后的老化损伤识别深度神经网络模型，基于老化损伤识别深度神经网络模型识别老化损伤的典型等级；基于防腐蚀涂层老化及完整性评估及预警模型建立老化等级第二评价指标体系，所述老化等级第二评价指标体系包括绝对老化损伤面积、相对老化损伤面积和/或密集度的评价指标，基于是否超过老化等级第二评价指标体系中的评价指标阈值对所述防腐蚀涂层的老化损伤的非典型等级进行评估，基于老化损伤的典型等级和所述老化损伤的非典型等级获得第二监测评估结果；
72.s33，基于所述第一监测评估结果和/或第二监测评估结果确定发送警报信息；如果收到所述警报信息，基于所述警报信息对所述钢结构防腐蚀涂层进行处置以及反馈处置结果。
73.本发明还提供了一种存储器，存储有多条指令，所述指令用于实现如实施例一所述的方法。
74.如图4所示，本发明还提供了一种电子设备，包括处理器301和与所述处理器301连接的存储器302，所述存储器302存储有多条指令，所述指令可被所述处理器加载并执行，以使所述处理器能够执行如实施例二所述的方法。
75.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。