基于图像识别的道路路面破损自动检测系统

・１５２・　价值工程　基于图像识别的道路路面破损自动检测系统　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｐａｖｅｍｅｎｔ　Ｄａｍａｇｅ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｉｍａｇｅ　Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　熊文劫ＸＩＯＮＧ　Ｗｅｎ＿．ｊｉｅ　（江西公路开发总公司，南昌３３００３８）　（Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｃｏ．，Ｎａｎｃｈａｎｇ　３３００３８，Ｃｈｉｎａ）　摘要：随着经济的持续健康发展，我国的公路通车里程达到了四百多万公里，其中高速公路通车里程居世界第一　但这也对公路　养护和管理提出了更高的要求，路面检测越来越受到相关部门的重视。本文介绍了一种路面破损自动检测系统，论述了路面破损自动　化检测系统的原理、数字化图像的概念、现有系统的设计、硬件性能和特点、系统研究和开发的前景等方面的内容。　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓｕｓｔａｉｎｅｄ　ａｎｄ　ｈｅａｌｔｈｙ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｃｏｎｏｍｙ，ｔｈｅ　ｒｏａｄ　ｍｉｌｅａｇｅ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　ｉｓ　ｏｖｅｒ　ｆｏｕｒ　ｍｉｌｌｉｏｎ　ｋｉｌｏｍｅｔｅｒｓ，ｔｈｅ　ｈｉｇｈｗａｙ　ｍｉｌｅａｇｅ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ．Ｓｏ，ｉｔ　ａｌｓｏ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｈｉｇｈｅｒ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｎ　ｈｉｇｈｗａｙ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　ａｎｄ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ｒｏａｄ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｇｅｔｓ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｒｅｌｅｖａｎｔ　ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｓ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｄａｍａｇｅ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｄａｍａｇｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ｏｆ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｉｍａｇｅｓ，ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ，ｔｈｅ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｆ　ｓｙｓｔｅｍ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｐｔｓ　ｏｆ　ｏｔｈｅｒ　ａｓｐｅｃｔｓ．　关键词：路面破损状况调查；图像数字化；机器识别；检测技术；识别技术　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｄａｍａｇｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ；ｉｍａｇｅ　ｄｉｇｉｔｉｚａｔｉｏｎ；ｍａｃｈｉｎｅ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ；ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　中图分类号：Ｕ４１６．２　０引言　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６－－４３１１（２０１５）２８—０１５２—０３　３路面破损状况自动检测的原理和路面破损图像数　任何一个国家要想取得长远的发展，都离不开交通　字化的概念　的支持，而公路作为交通的一个重要组成部分，在我国得　３．１路面破损状况自动检测的原理　到了广泛的应用，是我国经济赖以生存的重要基础设施，　路面破损检测系统的概念如图１所示，它包括２个子　不仅促进着我国的经济发展，更是影响着人们生活的方　系统：图像获取子系统（数据采集）和图像显示及解释子系　方面面。但随着公路交通运输业的不断发展，人们对公路　统（数据处理）。数据采集系统由安装在测试车上的光电扫　路面质量及其养护提出了更高的要求。传统的人工检测　描设备和摄像／照相设备组成，通过光电扫描设备和摄像／　方法存在效率低、影响交通、耗时耗人力和不精确等缺　照相系统的共同工作，将路面破损数据纪录并存储在磁带　点，已不能适应公路发展的要求。面对这种形势，应创新　或胶片上。然后将这些数据进行数字化出来，使其变成计　传统的人工检测方法，建立基于图像识别的道路路面破　损自动检测系统。　１传统道路路面破损人工检测的缺点　其主要不足是：①其主要依靠人走在公路上用眼睛观　察，不仅需要消耗大量的人力，而且效率低下；②耗时耗力，　仅仅依靠人力，导致速度很慢；③无法验证其准确性，不够　精确，由于每个人的综合素质是不一样的，不同的人观察同　样的事可能会得出不同的结果；④检测过程中需要封闭车　道，影响交通；⑤安全性差，危险性高，可能会危及调查人员　的生命安全；⑥花费高，因为人力成本很高；⑦很难做到周　期性和及时性；⑧无法对检测结果进行重复判读。　２道路路面破损自动检测系统的优势　道路路面破损自动检测系统工作没有时间的限制，并　且其检测速度最高可达每小时１２０公里。随着车辆前进，　车内的电子数据处理工作站可接收到来自前置的车辙仪　和平整度仪、后置的路面破损检测仪检测到的各项数据，　然后进行必要的数据处理，进而形成道路检测报告。并且　该系统得到的所有检测数据可以无缝连接公路信息化管　理平台的数据库，帮助相关部门完成决策分析，有利于养　算机可以识别的数字化图像数据，最后存入路面破损数据　库，供决策和评价用。　—ｌ　图１路面破损检测系统概念　计算机图像识别综合了硬件、软件和算法等方面的内　容，包括２种方式：图像数据获取后的后处理和图像数据获　取与识别的时实处理，后者是当前研究的一个主要方向。　３．２路面破损图像数字化的概念　图像数字化是用数学方法表征常规的图像，数字化的　每帧图像包括像素数组和色彩的信息。图２所示为一帧　５１２Ｘ５１２个像素、每个像素用８位灰度表示的图像模型。　在合适的照明条件下，路面的裂缝在图像上表现为与路表　其他部分的灰度不同，通常表现为“阴影”。理论上裂缝区　域可按“阀值”技术确定，“阀值”通常由对裂缝灰度的统计　护方案的生成。　得到。但这种理论上的算法受图像的噪音影响很大。计算　作者简介：熊文劫（１９８４一），女，江西丰城人，本科，助理工程师，研　机识别是对得到的图像进行数字化的图像处理和模式识　究方向为道路检测。　别，图３说明了计算机识别系统的主要任务：光电设备和　Ｖａｌｕｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　訾　尊　・ｌ５３・　摄影装置获得路表的模拟或数字化图像数据。图像预处理　包括图像的清理、滤噪和传感器的纠偏等。图像分隔的目　表１　设备功能　技术参数要求　检测宽度　≥３．７５ｍ　的是辨识图像中色彩或亮度不一样的区域。特征提取是得　到图像的几何、统计参数，或通过图像变换技术辨识图像　的特征并对图像进行分类。图像的记录用于统计对图像有　影响的传感器的属性，如速度和高度等。图像分类旨在划　分图像的类别并为评价和决策服务。　路面损坏　检测速度　分辨率　扫描频率　识别精度　Ｏ—ｌＯＯｋｍ／ｈ　≥４Ｏ９６×２Ｏ４８　≥３６ｋＨｚ　≤ｌｍｍ　符合规范：《车载式路面激光视频病害检测系统》　（ＪＴ／Ｔ６７８—２００７）　《车载式路面激光视频病害检测系统》（ＪＪＧ　（交通）０７７—２００７）　平整度　检测指标　检测速度　分辨率　重复试验偏差系数　相关系数对比试验　国际平整度指数ＩＲ１　０—１００ｋｍ／ｈ　≤０．１ｍｌｎ　不大于５％　不小于９５％　符合规范．《车载式路面激光平整度仪》（ＪＴ／　ｒ６７６—２００７）　图２数字化图像模型　《车载式路面激光平整度仪》（ＪＪＧ（交通）０７５—　２００７）　路面表面　ｌ　●　ｌ　图像传感装置　ｌ　图像生成　ｌ　数字化处理　◆　检测宽度　检测速度　传感器类型　车辙　≥３．７５ｍ　Ｏ～１ｏ０ｋｍ／ｈ　激光传感器　图像预处理　◆　检测精度　与人工测量相关性　数据处理方式　≥１３９２ｘ５０ｏ　大于９５％　实时处理　图像分隔　●　符合规范：《车载式路面激光车辙仪》（Ｊ　ｒ，ｒ６７７—　２００７）　特征提取　ｌ　１．ｒ　《车载式路面激光车辙仪》（ＪＪＧ（交通）０７６—２００７）　图像格式　分辨率　检测频率　车辆底盘　彩色ＪＰＥＧ格式　≥１６００ｘ１２００　≥１００帧，公里　进口　图像记录　◆　前方图像　图像分类　自行完成病害处理及整理工作。　图３数字化处理系统　②提供公路养护综合信息平台。　４路面破损自动检测系统技术要求　通过智能手机和互联网管理，实现文字信息，图片信　４．１路面破损自动检测系统设备配置及参数　息，图像信息，桩号坐标地理信息的上传、下达，并可以与　路面破损自动检测系统检测设备应包含：①高速激光　国家路网信息中心实现互动，链接。具备以下主要功能：　平整度检测系统；②高分辨率路面破损检测系统；③高速　１）日常养护信息采集；　线激光车辙检测系统；④前方路况图像采集系统；⑤激光　２）公路交通路况信息采集；　三维变形类检测系统共五项检测系统。检测车能够在正常　３）公路路政信息采集；　行车速度（０～１００ｋｍ／ｈ）下进行路况自动检测，检测指标须　４）移动ＧＩＳ功能和ＷＥＢＧＩＳ功能。　通过交通部计量检定认证。　５路面破损自动检测系统应用效果分析　主要设备技术参数要求见表１。　合肥市政工程管理处在过对道路、桥梁体检，诊断其　４．２检测定位　决策和评价　装配全球定位系统（ＧＰＳ）、距离测量装置传感器，能　够精确测量数据，实现桩号里程的精确定位和病害位置的　准确定位；且可根据公路实际里程桩，进行桩号修正。　４．３检测条件　配置高亮度辅助光源系统，保证在光线暗或夜晚进行　路况数据采集作业。无特殊要求，可在降雨、降雪、大雾、积　水天气以外条件下可以昼夜正常作业。　４．４软件配备　①必须提供路况数据采集软件、检测数据处理软件、　数据报表系统三项软件，保证客户可完全掌握软件操作，　健康程度中应用路面破损自动检测系统。根据安排，对市　管９座高架和一环、二环道路启动全面普查。检测道路总　长１１００ｋｍ。计划１２月底完成道路、桥梁的路面检测评价　工作。按照《城镇道路养护技术规范》（ｃＪＪ３６—２００６）要求，　市政处每年对市管道路、桥梁安排一次定期检测。与往年　不同的是，今年将年初普查改为年终普查，对所属道路进　行全面智能化、综合性检测，有效监控维护质量，为下一年　度及时开展设施养护维修及大修提供科学的基础检测依　据。本次检测采用了先进道路检测设备——智能道路检测　车。该设备综合应用光、机、电、算及“３Ｓ”技术，以机动车为　平台，装备先进的传感器系统及车载计算机、嵌入式集成　・１５４・　价值工程　建筑垃圾中石屑、碎砖路用性能研究与应用　Ｔｈｅ　Ｐａｖｅｍｅｎｔ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　Ｇｒａｖｅｌ　ａｎｄ　Ｂｒｏｋｅｎ　Ｂｒｉｃｋｓ　ｉｎ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｗａｓｔｅｓ　王琦ＷＡＮＧ　Ｑｉ　（辽宁建筑职业学院，辽阳１１１０００）　（Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｊｉａｎｚｈｕ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｉａｏｙａｎｇ　１　１　１０００，Ｃｈｉｎａ）　摘要：近年来，随着我国经济的迅猛发展和城市化进程加快，道路建设中的天然砂砾、碎石等道路材料价格不断上涨、日渐匮乏；　同时，城市改造与拆迁产生的建筑垃圾污染环境也非常严重。本文通过水泥稳定建筑垃圾路用性能研究，得到水泥稳定建筑垃圾中的　石屑、碎砖的配合比设计方案、强度性能及分析，研究成果为辽阳地区道路建设应用提供了可靠的技术支持，既降低了工程造价，又保　护了环境，具有很强的经济效益和社会效益。　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ，ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒａｐｉｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｓ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ　ｕｒｂａｎｉｚａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ　ｐｒｉｃｅ　ｏｆ　ｎａｔｕｒａｌ　ｓａｎｄ，ｇｒａｖｅｌ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｒｏａｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｉｓ　ｒｉｓｉｎｇ，ａｎｄ　ｔｈｅｓｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ　ｓｃａｒｃｅ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ｔｈｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｌ　ｐｏｌｌａｕｔｉｏｎ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｗａｓｔｅｓ　ｉｎ　ｕｒｂａｎ　ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｓｅｒｉｏｕｓ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｓｔａｂｌｅ　ｃｅｍｅｎｔ　ｒｏａｄ　ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ　ｗａｓｔｅ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｔｈｅ　ｍｉｘｔｕｒｅ　ｒａｔｉｏ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｏｇｒａｍ，ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｇｒａｖｅｌ　ａｎｄ　ｂｒｏｋｅｎ　ｂｌｏｃｋｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｗａｓｔｅｓ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｔｈｅ　ｒｅｌｉａｂｌｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｓｕｐｐｏ￣ｆｏｒ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｌｉａｏｙａｎｇ　ｄｉｓｔｒｉｃｔ　ｒｏａｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｃｏｓｔ　ａｎｄ　ｐｒｏｔｅｃｔ　ｔｈｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＳＯ　ｉｔ　ｈａｓ　ｖｅｒｙ　ｓｔｒｏｎｇ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ａｎｄ　ｓｏｃｉａｌ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ．　关键词：环境保护；公路工程；配合比；性能试验　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｈｉｇｈｗａｙ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｍｉｘｔｕｒｅ　ｒａｔｉｏ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｔｅｓｔｓ　中图分类号：Ｕ４１４　文献标识码：Ａ　文章编号：１０ｏ６—４３１１（２０１５）２８—０１５４－０２　已是迫在眉睫，既利用回收资源、节省材料、降低成本，又　随着我国经济的发展，工业化、城市化进程加快，对自　实现了绿色环保，其发展空间及前景将是空前巨大的。　然资源的需求将进一步加大大，如何提高资源利用效率、　１配合比设计　减小环境压力，是目前亟待解决的问题。欧盟国家每年资　对建筑垃圾进行分捡，将分捡后的石屑与碎砖混合，　源化率超过９０％，日本、韩国建筑废弃物资源化率已经达　再以水泥稳定，考查其路用性能，经配合比计算得合成级　到９７％以上。与发达国家相比，我国建筑垃圾综合利用率　配为石屑：碎砖＝３０％：７０％，合成级配曲线如图１，其数据　非常低，仅有５％，处理方式也比较落后。相关专家认为，我　如表１。　国应加强重视建筑垃圾资源化再生，并加快制定相关法律　２水泥用量确定　规范的进程。２００５年６月１日，建设部颁布了《城市建筑　按照《规范》，同时考虑混合料的经济性，本研究对同　垃圾管理规定》，标志着我国的建筑垃圾处理已初步步入　种混合料按照４％、５％、６％、７％的水泥剂量配制稳定土　规范管理的轨道。因此，将建筑垃圾再利用于道路建设中　混合料。经试验，确定水５％为最佳水泥剂量。按表１的级　使用３２５＃矿渣水泥做为　作者简介：王琦（１９８２一），女，辽宁鞍山人，讲师，研究方向为道路　配和５％的水泥剂量拌制混合料，稳定结合料，综合结果如表２所示。　桥梁工程技术。　Ｏ弓Ｉ言　一多传感器同步控制单元等设备，使车辆在正常行驶状态　下，能自动完成道路路面损坏图像、路面车辙、道路前方图　像、路面平整度及路面构造深度等数据采集，最大限度地　消除手动操作的人为误差，提高检测准确性。　通过检测车的后台处理系统可以对采集数据进行快　速、准确、智能化的分析处理，统计和计算出路面的ＲＱＩ　（路面行驶质量指数）、ＰＣＩ（路面状况指数）等指数，及时了　解被检测路面的破损状况和病害原因，为该处市政道路科　学养护提供真实、有效的数据支撑。　据统计，应用路面破损自动检测系统后人力消耗大幅　缩减８０％以上，时间缩减７５％以上，测量精度得到大量提　升预计有３５％的提升幅度。为测量人员安全提供了必要保　障的同时不影响公路车辆正常行驶。　６结论　工目测丈量的方法，但该法费工费时，效率低，危险性大，　从数据采集效率的要求看，破损检测自动化技术一直是路　面管理领域的一个研究和开发方向。　参考文献：　【ｌ１张大奇，曲仕茹，何力．路面病害检测系统中的图像增强技　术ｆＪ１．光学精密工程，２０１０（０８）．　【２１黄建平．基于二维图像和深度信息的路面裂缝检测关键技　术研究【ＤＪ．哈尔滨工业大学，２０１３．　ｆ３１Ｎ林．基于图像处理的路面裂缝检测系统设计与研究【ＤＩ．　太原理工大学，２ｏ１３．　［４］ＲｔＪ德超．基于图像处理的路面裂纹识别研究［Ｄ】．长沙理工　大学，２００９．　［５］李国燕．基于图像的路面破损识别［Ｄ】．；－＝－Ｉ￣Ｌ工业大学，　２００９．　［６］陆健．图像系统在路面破损检测中的应用研究［Ｄ】．东南大　从现有的破损检测方法看，在很大程度上仍然采用人　学，２００６．