桥梁裂缝检测系统开发研究

文章主要研究了桥梁裂缝检测系统,对系统的整体架构进行了介绍,详细阐述了该系统的图像处理、机械伸缩以及图像采集三大模块的功能,同时也详细研究了整个检测系统的工作原理,并对该系统通过标定。就实际的桥梁裂缝进行标测实验,最后得出当桥梁裂缝宽度在0.4mm以上时测得的相对误差很小,在5%左右,当裂缝的宽度在0.4mm以下时相对误差相对较大,在12%左右。     

裂缝宽度的提取及在桥梁承载力评估中的应用研究

以旋翼无人飞机为工作平台搭载富士X-T20单反相机获取混凝土桥梁的裂缝图像,基于MATLAB编制桥梁裂缝图像处理程序,对桥梁裂缝形状进行识别。根据裂缝形状特征选取裂缝区域图像短轴的像素参数,基于修正后的解析度式计算出混凝土桥梁裂缝图像的最大宽度。本研究选取12张图像进行裂缝最大宽度计算,裂缝宽度识别平均相对误差为4.14%。根据裂缝宽度与桥梁承载能力之间的关系建立桥梁ANSYS模型,得到一系列裂缝宽度对应的桥梁承载力富余系数。混凝土桥梁的承载力富余系数为0时裂缝宽度达到0.6 mm,此时裂缝宽度已经远超规范值。发现承载力富余系数可作为混凝土桥梁结构在运营阶段的重点观测参数,对混凝土桥梁的长期安全监测具有指导意义。     

基于YOLOv5和U-Net3+的桥梁裂缝智能识别与测量

为了克服传统数字图像处理方法进行桥梁裂缝识别时面临的效率低、效果不佳等问题,提出了集成深度学习YOLOv5和U-Net3+算法的一体化桥梁裂缝智能检测方法.通过调整算法宽度和深度参数,优化边界框损失函数,构建基于YOLOv5目标检测算法的裂缝识别定位模型,实现桥梁裂缝快速识别与定位;引入结合深度监督策略及预测输出模块的U-Net3+图像分割算法,训练并构建桥梁裂缝高效分割模型,实现像素级裂缝智能化提取;建立结合连通域去噪、边缘检测、形态学处理的八方向裂缝宽度测量法,基于U-Net3+裂缝分割结果实现裂缝形态及宽度高精度测量;利用LabelImg图像标注软件制作包含4 414张图像的裂缝识别定位模型训练数据集;利用LabelImg图像标注软件及CFD数据集制作包含908张图像的裂缝分割模型训练数据集;利用无人机航拍的485张5 280×2 970 pixels桥梁索塔裂缝图像,来制作裂缝智能检测模型的测试对象.将所提出的裂缝检测方法应用于上述裂缝测试对象,其裂缝识别定位准确率91.55%、召回率95.15%、F1分数93.32%,裂缝分割准确率93.02%、召回率92.22%、F1分数92.22%.结果表明,基于YOLOv5与U-Net3+的桥梁裂缝智能检测方法,可实现桥梁裂缝高效率、高精度、智能化检测,具有较强的研究价值和广泛的应用前景.     

基于动态阈值的混凝土裂缝高抗噪提取及识别方法

针对表面布有蜂窝麻面等复杂噪声的混凝土裂缝,提出了一种基于动态阈值的混凝土裂缝高抗噪提取方法.首先,通过灰度变换、高斯滤波、信息增强等技术弱化、去除噪声,增强图像中裂缝的亮度,提高裂缝与背景的对比度;然后,采用OTSU阈值分割算法去除伪裂缝,基于裂缝与干扰噪声面积的差异,引入动态阈值,实现各类型裂缝的提取;最后,基于边缘检测和裂缝骨架细化处理,计算裂缝的长度、宽度和面积3项特征参数.基于室内实验和室外实际桥梁拍摄的4组裂缝图像结果表明,4组裂缝的平均宽度分别为2.01、1.07、1.34、0.97 mm,说明该方法适用于不同背景下各类型裂缝的提取,具有较强的鲁棒性.     

基于深度学习的道路表面裂缝检测方法

道路表面裂缝检测是道路安全检测的一项重要指标,随着计算机视觉技术的不断发展,越来越多的基于深度学习的目标检测方法被应用到裂缝检测中.然而这些检测方法大都是对裂缝位置的粗略的检测或分类,无法定量的衡量裂缝为了定量衡量裂缝,提出了一种基于深度学习的像素级道路表面裂缝检测方法.使用卷积神经网络对裂缝原始图像进行分割得到裂缝的二值化图像,并实现对裂缝的面积、长度、平均宽度的自动计算,提高了测量效率并降低了检测成本.实验表明,本系统对裂缝面积测量准确率达到93％,长度测量准确率达到92％,平均宽度测量准确率达到89％.     

基于图像分析技术的混凝土桥梁结构表面裂缝宽度检测

针对目前检测裂缝宽度时通常采用的接触式人工直接测量方法费时费力、且难以准确测量最大裂缝宽度的问题,基于图像分析技术的应用,提出采用在混凝土表面粘贴纯色标定块来标定、修正原始图像,并对其进行对比增强、平滑等一系列处理后直接在图像上确定裂缝宽度的无接触式测量方法.基于所提方法,分别以正拍和斜拍图像对一开裂混凝土梁的表面裂缝进行了检测,结果表明:基于正拍和斜拍图像确定的裂缝宽度的识别精度分别为93.4%和90.9%,表明该方法能有效检测混凝土结构表面的裂缝宽度.     

隧道衬砌裂缝的远距离图像测量技术

针对远距离数字照相所采集的隧道衬砌裂缝图像自身特点,结合实验数据拟合标定曲线的相机标定方法,采用图像增强预处理、循环迭代法裂缝区域提取、数学形态学修整、亚像素边缘检测等图像处理手段,提出隧道衬砌裂缝识别及宽度量测新算法.经室内试验验证,当拍摄距离小于8m时,算法精度较高,裂缝宽度量测误差一般小于0.40mm;根据现场实际情况可知,该算法误差最大为0.37mm,最小为0.08mm,平均误差为0.20mm,满足工程测量的要求.     

树脂基碳纤维智能层电测混凝土表面裂缝宽度

针对国内现行建筑和路桥规范对混凝土结构表面裂缝宽度的控制要求,根据碳纤维智能层的力电传感特性,采用单调三点弯拉静力加载制度,以试件梁的挠度进行加载控制,对带有预制裂缝的混凝土梁试件表面裂缝宽度变化进行检测试验.研究结果表明:树脂基碳纤维智能层传感器可感知混凝土粱裂缝宽度的变化;随着荷载的增大,裂缝宽度增大,碳纤维智能层的电阻也发生相应变化,而在混凝土裂缝宽度0～1.0 mm时,碳纤维智能层的电阻随裂缝宽度的增大呈线性增大趋势;树脂基碳纤维智能层对裂缝宽度变化的敏感性存在差异,但是,混凝土表面裂缝宽度在0～0.5 mm之间变化时,碳纤维智能层的电阻在2～4Ω之间变化,其离散性不大,且线性关系好,可满足国内现行规范允许混凝土表面无害裂缝宽度0～0.3 mm的检测要求.     

塔巴庙上古储层高角度裂缝测井识别及分布特征研究

利用双侧向电阻率和声波测井分析储层中高角度裂缝的测井响应特征,评价裂缝特征参数(裂缝宽度、裂缝孔隙度)的计算方法,并结合实际岩心观察和具体的测试资料,建立适合鄂尔多斯盆地塔巴庙地区上古储层的高角度裂缝测井响应参数场,在此基础上对研究区的高角度裂缝进行精确识别和定量预测,分析和评价了塔巴庙地区裂缝的发育特征和分布规律,认识到塔巴庙地区高角度裂缝在层位上的分布由下至上有变差的趋势,主要集中在山西组第二段和下石盒子组第一段.当计算裂缝宽度大于0.03 mm且裂缝孔隙度大于0.3%时,配合好的储层地质条件,一般都能获得工业产能.     

基于计算机视觉的混凝土裂缝识别

为降低对结构表面进行裂缝识别的经济和时间成本,而采用计算机视觉技术、使用消费级照相机对裂缝图片进行处理,识别裂缝区域和测量裂缝宽度,包括图像模糊、图像增强、形态学运算、图像畸变校准、连通域标记、孤立点消除、裂缝碎片拼接等.对提取出的裂缝区域,统计裂缝发展方向,计算其对应的裂缝长度及宽度.通过钢筋混凝土梁静力加载试验,对梁表面裂缝进行拍摄,在实验室条件下得知裂缝宽度误差在0.1 mm左右.     

微生物作用下混凝土裂缝修复效果试验研究

微生物矿化作用可以有效愈合混凝土裂缝,达到修复混凝土裂缝的目的.本文以带裂缝混凝土为研究对象,设置0.2、0.3、0.6 mm三个裂缝宽度和20、30 mm两个裂缝深度,以巴氏芽孢杆菌为菌株,通过裂缝观测、超声波测试、立方体抗压强度测试及裂缝内部微生物沉积物质的微观形貌分析,研究微生物对不同深度及宽度混凝土裂缝的修复效果.研究结果表明:巴氏芽孢杆菌可有效修复混凝土表面裂缝;氧气的供给是微生物在裂缝内部矿化的重要环境条件,随着裂缝深度的增加,巴氏芽孢杆菌的修复效果减弱;随着裂缝宽度的增大,微生物在裂缝内部的矿化效果减弱.     

局部特征聚类联合区域增长的桥梁裂缝检测

针对传统裂缝检测算法抗干扰能力弱,浅层裂缝易误判等问题,提出一种局部特征聚类联合区域增长的桥梁裂缝检测算法。首先,针对混凝土表皮脱落及渗水等干扰问题,采用Gauss-Frangi双重滤波对图像模糊化处理,退化噪声的特征信息,并增强图像中的线性结构。其次,针对常规算法无法识别弱特征的浅层裂缝问题,根据局部区域裂缝点间的空间相关性,提出基于网格聚类联合区域增长算法实现局部区域裂缝的动态分割。最后,针对分割图像中伪裂缝等顽固噪声,提出一种基于形状特征及结构相似性原理方法剔除噪声。实验表明,所提算法可检测出更多的裂缝细节信息,且保持较高的精确率,提高了裂缝图像分割质量。     

数字图像处理技术在桥梁裂纹测量中的应用

基于对桥梁裂纹图像特征的深度分析,综合应用图像连通区域检测和图像边缘检测等数字图像处理技术,研发了一套基于现代数字图像处理理论的远距离非接触式裂纹几何尺寸图像识别系统。户外条件下对在役桥梁裂纹检测的对比试验结果表明,该系统对于桥梁微小损伤的远距离无损检测具有较高的工程应用价值。     

基于GA-BP神经网络的微裂纹漏磁定量识别技术

针对漏磁检测定量识别技术中识别的缺陷尺寸大多为1~10 mm的较大裂纹,与实际自然裂纹相差太大的问题,将基于遗传算法优化的BP神经网络（GA-BP）算法应用到微裂纹缺陷的漏磁定量识别中,使得漏磁检测定量识别缺陷的宽度、深度达到小于0.50 mm的微细裂纹,并通过基于磁偶极子模型的理论计算与漏磁检测实验两种方法构建了微裂纹（0.10~0.30 mm）缺陷样本库.由于在实际检测过程中存在干扰噪声的原因,实验数据的预测结果误差比理论计算数据预测结果明显偏大,最大为16.73%,但预测结果能够基本反映微裂纹缺陷的尺寸大小.      

水泥基材料裂缝对钢筋锈蚀过程的影响

裂缝的存在对混凝土中钢筋的锈蚀过程有重大影响,目前关于裂缝对钢筋锈蚀过程的影响程度有很多不同的观点.针对该问题,在实验室条件下利用模拟的海水氯盐环境对带裂缝的圆饼试验中铁丝的锈蚀过程进行了研究.研究首先将铁丝预埋入圆饼形砂浆试件,待试件具有一定强度后,利用机械方法在圆饼表面制造不同宽度的贯穿与非贯穿裂缝;然后通过比较裂缝底部暴露的铁丝表面和未暴露表面随时间的不同腐蚀程度来确定裂缝的存在对锈蚀过程的影响.研究表明:当贯穿裂纹的表面宽度为0.5mm时,锈蚀位置与裂缝位置的相关性大于60%;裂纹宽度为0.2mm时,两者的相关程度低于20%.     

湿热-疲劳作用下水性环氧树脂桥梁混凝土裂缝演化

为探索湿热地区桥面板混凝土裂缝结构的演化规律,设计了湿热-疲劳耦合加载试验,借助扫描电镜SEM和Image-Pro Plus软件,分析了荷载单因素及湿热-疲劳耦合作用下桥面板混凝土裂缝结构参数的变化规律,揭示了混凝土细观裂缝的演化过程和水性环氧树脂混凝土的改性机理。结果表明：在荷载单场作用下,裂缝面积密度随作用次数单调增加,裂缝沿长度方向延伸和闭合交替变化,裂缝宽度则呈压缩和扩张交替变化;在湿热-疲劳耦合下,混凝土细观裂缝结构演化过程为压缩变形,扩展和贯通三个阶段。水性环氧树脂混凝土组裂缝面积密度、最大长度和宽度相比基准组分别降低了23.44%、33.19%和26%,分形维数减小了0.017。水性环氧树脂在混凝土内部形成的柔性聚合物膜桥联于微裂缝之间,能有效抑制混凝土细观裂缝的延伸与扩展,提高桥面混凝土耐久性。     

结合路面深度影像梯度方向直方图和分水岭算法的裂缝检测

裂缝检测对于道路维护和管理具有重要作用.由于深度影像对路面油污、阴影等因素不敏感,近些年来基于深度影像的检测方法已成为路面裂缝检测新的研究方向之一.传统的激光扫描线方法没有顾及裂缝在整个空间分布的变异性、各向异性和全局性特征,无法有效检测横向、块状、网状等裂缝.针对以往算法的不足,提出一种结合梯度方向直方图和分水岭算法的路面裂缝检测方法.首先,通过梯度方向直方图算法提取路面深度影像的裂缝边缘强度和方向;然后,利用裂缝边缘方向改进传统分水岭算法,最终提取裂缝目标.实验结果表明,该方法不仅能够准确检测多种类型的裂缝目标,而且能识别裂缝破损程度.