基于樣本圖像分割方法的城市道路裂縫問題智能檢測

趙彬丞 焦?；?王涵蕾 山東科技大學(xué)交通學(xué)院(青島校區(qū))

交通部門統(tǒng)計，在過去的“十二五”期間，我國交通建設(shè)投資再創(chuàng)新高，達(dá)到上一個五年規(guī)劃期間的1.6倍，累計超過12.5萬億人民幣，為我國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定增長及帶動國內(nèi)平衡發(fā)展拉動內(nèi)需做出了巨大貢獻(xiàn)。截止到2017年年底，我國各類公路總里程達(dá)到了500多萬公里，其中高速公路和城鎮(zhèn)公路總里程分別達(dá)到15萬多公里和52萬多公里，穩(wěn)居世界前列。

1.城市道路檢測目前存在的問題

眾所周知，每條路都存在養(yǎng)護(hù)年限，不同建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的道路養(yǎng)護(hù)年限不同。路面在使用一段時間后，由于種種原因會出現(xiàn)一些病害如路面裂縫、沉陷、隆起、交通標(biāo)線破損等。在所有的病害中，以路面裂縫的損壞最為常見，道路路面裂縫是最普遍且最容易出現(xiàn)的路面破損之一，同時也是許多嚴(yán)重病害初期表現(xiàn)形式。

道路路面裂縫不僅會使道路更容復(fù)損壞，變成嚴(yán)重道路病害，極大的降低了道路的舒適度也縮短了道路使用壽命，同時也會對車輛造成損壞。如何避免城市路面出現(xiàn)嚴(yán)重的病害，需要在路面出現(xiàn)輕度的路面裂縫時及時的發(fā)現(xiàn)并做好處理。路面裂縫檢測的可靠性越來越成為一個道路檢測系統(tǒng)優(yōu)越性的重要指標(biāo)之一。

破損路面裂縫分類的方法有很多種，如按開裂原因分類、按裂縫嚴(yán)重程度分類，按外在表現(xiàn)形式分類等。本文主要以路面標(biāo)線為參照，根據(jù)裂縫的外在表現(xiàn)形式來對它們進(jìn)行分類，主要可以分為三種：與道路行駛方向或路面標(biāo)線接近垂直的橫向裂縫，基本上沿著路面行駛方向與路面標(biāo)線接近平行的縱向裂縫,及無方向性覆蓋面積較大的無規(guī)則裂縫。

2.路面裂縫問題檢測的國內(nèi)外現(xiàn)狀

國外比較典型路面檢測系統(tǒng)有：美國的PSI以及RoadView路面檢測系統(tǒng)：該系統(tǒng)由攝像設(shè)備、傳感器、多臺計算機(jī)服務(wù)器W及圖像檢測處理系統(tǒng)構(gòu)成，攝像設(shè)備裝于車輛的前后方，單次可W拍攝4.1 m寬的路面，對路面裂縫檢測的最高精度可達(dá)到1mm；澳大利亞RoadCrack路面檢測系統(tǒng)：該系統(tǒng)通過改裝車輛將攝像機(jī)和補光系統(tǒng)裝于檢測車的車底，檢測車的時速可達(dá)到100km／h，攝像機(jī)拍攝速度更是達(dá)到27000幀/s，對路面裂縫檢測的最高精度也可以達(dá)到1mm。

國內(nèi)比較典型的路面檢測系統(tǒng)有：商京理工大學(xué)的N-1型路面檢測系統(tǒng)該系統(tǒng)是國內(nèi)最早出現(xiàn)的智能路面檢測系統(tǒng)，由車載樣本采集系統(tǒng)和線下檢測處理系統(tǒng)組成；交通運輸部公路科學(xué)研巧院的CiCS路面檢測系統(tǒng)：該車載系統(tǒng)時速最高為100km/h，單次檢測路面寬度可W達(dá)到3.6m，裂縫最高檢測精度達(dá)到1mm，自帶補光裝置；武大卓越科技有限公司的ZOYON道路檢測系統(tǒng)：該檢測系統(tǒng)在許多方面取得了較大突破，檢測車時速最高達(dá)到120km/h，檢測寬度最大為3.7 m，自帶GPS定位系統(tǒng)，裂縫最高檢測精度達(dá)到1mm，總共包括5個子系統(tǒng)。

3.樣本圖像分割檢測方法

道路裂縫問題的智能檢測，是基于智能監(jiān)控系統(tǒng)以及云平臺的道路路面檢測系統(tǒng)展開的。而圖像的分割是樣本圖像從處理到分析再到裂縫檢測的關(guān)鍵步驟，現(xiàn)階段比較流行的圖像分割技術(shù)有以下幾種：基于區(qū)域的分割方法、基于閾值的分割方法，基于邊緣檢測的分割方法以及基于特定理論的分割方法等。下面將簡要介紹幾種圖像分割法。

迭代法：迭代法是一種自動選取全局闊值的圖像分割方法，依據(jù)數(shù)學(xué)逼近思想改進(jìn)而來。

（1）尋找初始全局閾值T0：

（2）尋找新的全局閾值T：

（k1、k2為圖像分割后各個部分灰度平均值）

（3）重復(fù)第二步，直到最新閥值賄J大小趨于穩(wěn)定，則算法結(jié)束

最大類間方差法：最大類間方差法是一種通過自適應(yīng)得到閥值對樣本圖像進(jìn)行分割的方法，基本思想是：樣本圖像背景區(qū)域和目標(biāo)區(qū)域存在著類間方差，它們之間的類間方差的大小決定它們之間的差別大小。

遺傳算法分割：一種通過模擬生物自然進(jìn)化過程而提出的自適應(yīng)全局優(yōu)化概率搜索算法。它可以對樣本圖像直接操作，具有很好的并行性和全局尋求最優(yōu)閥值的能力。

改進(jìn)最大熵法：圖像最大熵分割法認(rèn)為，在數(shù)字圖像處理中，將一幅樣本圖像看作一個系統(tǒng)，圖像中的像素則為該系統(tǒng)中的信息，像素分布均勻程度影響著圖像熵的大小。圖像的分割過程，則是對圖像系統(tǒng)信息一個重新分布的過程，通過分割得到的目標(biāo)和背景區(qū)域越合理，則使得信息分布越均勻，各部分得到的煽值和越大。

4.總結(jié)與展望

城市道路路面裂縫破損作為道路路面最普遍初期病害，如何較好的進(jìn)行檢測以及較早的進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，對避免形成嚴(yán)重病害以及節(jié)省人力經(jīng)費開支有著重大的意義，在人工智能的大環(huán)境下，基于圖像分割方法的不斷成熟，城市道路檢測必將越來越趨向于智能化。

[1]陳新波，城市道路路面破損智能檢測的研究[D].武漢科技大學(xué),2016

[2]中國水運編輯部“十二五”交通運輸發(fā)展亮度紛呈機(jī)[J].中國水運，2016

[3]王吳,鄭金霞.公路滿青路面病害成因淺析及對策機(jī)[J].科研，2015

[4]垢曉輝,徐凌.國內(nèi)外道路路況檢測車現(xiàn)狀分析與比較[J].公路交通科技,2014