基于卷积神经网络的路表病害识别与测量

为进一步提高利用二维图像统计路面病害的精度与效率,将卷积神经网络（Convolutional Neural Network,CNN）技术引入了基于图像分析的路面病害识别与测量。首先,将原始图像进行等尺寸分割作为CNN的训练样本。其次,经结构设计、前反馈算法训练及样本测试3个步骤后,建立病害识别模型（CNN1）。用训练完成的CNN1对所有图像进行病害类型识别并将输出结果作为裂缝特征提取模型（CNN2）和坑槽特征提取模型（CNN3）的训练样本。采用相同步骤建立裂缝特征提取和坑槽特征提取模型,完成训练后,运行CNN2,CNN3对路面裂缝与坑槽图像进行特征提取。最后,分析图像分辨率对3个CNN识别和特征提取精度以及效率的影响。结果表明：CNN1可以准确识别多种病害,CNN2的裂缝长度提取的平均误差为4.27%,宽度提取的平均误差为9.37%,裂缝病害严重等级判断准确率为98.99%;CNN3的单张图像中的坑槽个数测量无误差,单个坑槽面积的平均误差为13.43%,坑槽病害等级判定准确率为95.32%,可见CNN具有较高的测量精度;CNN1在使用CPU的情况下测试完成原始图像平均用时为704 ms·幅^-1,CNN2用时为5 376 ms·幅^-1,采用图形处理器加速后CNN1用时为192 ms·幅^-1,CNN2测试平均用时为1 024 ms·幅^-1,可见CNN在图形处理器加速下效率具有显著优势,相比其他方法,在图像分辨率高于70像素时,CNN对路面裂缝与坑槽的识别与测量具有运算高效、结果精准等优势。     

基于智能手机的农村公路路面破损检测方法

农村公路路面破损自动检测是科学养护的重要前提。针对利用智能手机进行路面破损检测存在较高的误检、漏检以及破损无法量化等问题,该文提出一种新的路面破损检测方法。该方法利用智能手机采集路面图像,首先在图像中选取一个感兴趣区域,进行加权最小二乘滤波、Canny边缘检测以及Hough变换直线检测以识别路面,消除环境对识别结果的影响,降低误检率,再对路面区域使用透视变换的方法得到正射图,降低漏检率,最后利用Mask-RCNN模型对破损进行识别。试验结果表明：与SSD检测模型相比,该方法对裂缝、坑洞、修补3种破损的平均误检率、漏检率分别降低15.4%、19.6%,此外,还能测量裂缝的长度、宽度以及坑洞、修补的面积参数,较好地满足了农村公路破损检测的实际需求。     

基于机器视觉的路面裂缝病害多目标识别研究

为了建立一种基于深度学习卷积神经网络的多目标路面裂缝检测模型,实现对路面裂缝的精确识别、分割与统计,采用卷积神经网络Mask R-CNN为主干框架,融入ResNet模型与特征金字塔网络(FPN)提高对病害特征提取的精度,建立了针对裂缝病害识别的基础网络体系;考虑裂缝病害图像特征,采用随机梯度下降算法与冲量算法优化损失函...     

基于改进SegNet的沥青路面病害提取与分类方法

针对现有SegNet算法难以精确区分裂缝和灌封裂缝等具有相似特征的沥青路面病害的问题，提出了基于改进SegNet网络的沥青路面病害提取方法。针对道路标线和光照不均匀等导致路面病害图像质量差异化的因素，本研究在去除道路标线的基础上，运用带色彩恢复的多尺度视网膜增强算法，降低道路标线和光照对图像质量的影响以及增强路面病害图像的对比度、色调和亮度，提高病害的识别精度；为了充分利用图像的上下文信息，解决SegNet网络对细微病害分割效果不佳的问题，引入残差神经网络（ResNet）作为编码器，并对解码器中每个上采样产生的特征图拼接2个分别由卷积层（1×1的卷积核）和空洞卷积层从对应的编码器中获取的尺度相同的特征图；运用形态学闭运算连接分割结果中不连续的裂缝。为了验证改进算法的有效性，将其与典型的语义分割方法（SegNet和BiSeNet）在测试集上进行测试和性能对比。研究结果表明，3种方法的平均交并比（MIoU）和F1分数（F1-score）分别为（82.4%，98.9%），（69.4%，94.0%），（80.5%，98.1%）；利用这3种方法对甘肃省部分路段路面病害的提取效果进行对比测试，提出方法的裂缝漏检率和误检率分别为2.91%，1.94%，优于SegNet（10.68%，14.56%）和BiSeNet（6.80%，12.62%）。本研究所提方法能够更精确地提取和区分沥青路面裂缝和灌封裂缝。      

基于Crack Mask R-CNN模型的路面裂缝像素级分割及测量算法应用分析

针对现有路面裂缝分割存在的问题,该文提出一种Crack Mask R-CNN像素级分割算法。Crack Mask R-CNN是一种用于路面裂缝图像的实例分割框架,其不仅可对图像中的裂缝进行检测,还可以对每一个裂缝的具体轮廓给出一个高质量的分割结果。首先对采集的道路裂缝大数据进行数据去噪和数据增强,构建用于模型训练、测试的数据集;其次,通过优化分割算法中锚框的比例和大小提高模型选择裂缝候选区域的准确度,并使用IoU-guided非极大值抑制（Non-Maximum Suppression,NMS）算法替代传统算法,以此提高道路裂缝分割精度。在模型学习超参数优化方面,通过训练多种组合算例,从中选择分割效果最优的超参数组合,最终训练出裂缝分割精度为93.45%的分割模型;最后,通过提取裂缝区域的拓扑特征信息,进一步实现裂缝像素级别尺寸信息的有效测量。     

基于深度学习方法的路面裂缝目标检测

公路和城市道路最主要的路面损坏类型是裂缝类病害。能否准确识别,尤其在众多路面信息图像中高效甄别各类表观病害,为路面技术状况评定、养护科学决策和路面病害处置提供基础数据,是当前领域研究的重难点。为此,对横向裂缝、纵向裂缝、斜裂缝长度类和龟裂、破损板面积类等典型裂缝类病害几何特征进行分析,确定了自动识别裂缝样本标注方法,构建了路面裂缝目标检测样本库,包含沥青裂缝长度类图像样本6 311个、龟裂面积类图像样本4 086个、水泥裂缝长度类图像样本37 945个、破碎板面积类图像样本7 310个。基于Faster-RCNN进行训练验证,开展路面裂缝目标检测并实现自动识别。利用北京市政道路2 000 km路面图像进行试验验证,并与路面裂缝Unet分割自动识别方法进行对比。试验结果表明,开展路面裂缝目标检测可通过提出的深度学习方法,有效提高召回率和准确率,其值高达85%以上,自动识别运行效率为12.3帧/s,与Unet分割自动识别方法对比更接近路面裂缝实际情况。     

基于无人机及Mask R-CNN的桥梁结构裂缝智能识别

桥梁结构表面裂缝检测为桥梁状态识别、病害治理、安全评估提供了重要状态信息和决策依据。为解决传统人工检测方法存在的危险性高、影响交通、费用昂贵等问题,提出基于无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）及深度学习的桥梁结构裂缝智能识别方法。采用大疆M210-RTK多旋翼无人机进行贴近航摄,获取桥梁结构混凝土表面高清图像;利用SDNET裂缝数据集等图像资源,制作1 133张标记裂缝精确区域的深度学习训练样本图像库;引入掩膜区域卷积神经网络（Mask R-CNN）深度学习算法,训练和建立Mask R-CNN裂缝识别模型;基于Mask R-CNN裂缝识别模型,采用矩形滑动窗口模式扫描混凝土表面高清图像,实现裂缝自动识别和定位。构建包含图像二值化、连通域去噪、边缘检测、裂缝骨架化、裂缝宽度计算等流程的图像后处理方法,实现裂缝形态及宽度信息自动获取。通过精度验证试验,证实采用M210-RTK无人机+ZENMUSE X5S相机+45 mm奥林巴斯镜头的组合装备,当无人机至桥梁结构表面垂直距离为10.0 m时,无人机方法识别的裂缝宽度与裂缝测量仪结果吻合,其绝对误差小于0.097 mm,相对误差小于9.8%。将该无人机裂缝检测方法应用于高136.8 m长沙市洪山大桥桥塔表面裂缝检测,采用深度学习Mask R-CNN算法进行裂缝智能识别,其裂缝识别准确率和召回率分别达到92.5%和92.5%。研究结果表明：无人机桥梁裂缝检测方法可实现高耸桥梁结构表面裂缝的远程、非接触、自动化检测,具有重要的科学研究和工程应用价值。     

基于改进Mask R-CNN的钢桥多病害智能识别

钢桥在现代交通基础设施中扮演着重要的角色,然而,由于长期服役与环境影响,钢桥可能出现涂层锈蚀、螺栓脱落等病害。为解决传统的钢桥病害检测需要人工参与,费时费力且主观性强的问题,提出了一种基于深度学习的钢桥病害检智能识别方法。利用无人机在图像采集方面的优势,采集大量高清病害图像,经图像增强、标注后建立钢桥病害图像库,用于模型的训练和测试;引入掩膜区域卷积神经网络(Mask R-CNN)构建钢桥病害识别模型,实现钢桥病害的自动识别;并通过更换骨干网络的方式进一步提升模型性能。研究结果表明：将骨干网络由传统的ResNet101替换为VoVNet后模型性能显著提升,交并比阈值为0.5与0.5∶0.95时,优化后模型的识别平均精确率分别为0.84与0.59;相同交并比阈值下较之优化前有约10%的提升。将改进的模型应用于上莘桥表观病害检测,其对涂层锈蚀、螺栓锈蚀与螺栓脱落的识别准确率分别达到了89.3%、85.7%、73.1%;改进的Mask R-CNN模型在钢桥病害识别任务中表现出了优异的性能,无人机与深度学习相结合的方法能够实现钢桥病害的高精度、自动化检测,具有重要的科学研究和工程应用价值。     

基于无损跨尺度特征融合的交通目标检测算法

针对复杂道路环境下交通目标与背景区分度低、交通小目标密集度高、部分遮挡严重、容易产生漏检、误检等问题，提出了一种融合注意力的无损跨尺度复合空洞残差网络的交通目标检测算法。通过改进SSD基础骨干网络和残差结构，加强网络提取强表征性的高级语义信息能力，解决信息传递损耗和丢失问题。在此基础上提出一种新的多视野聚合空洞残差单元，通过设置不同膨胀率的空洞卷积，获得不同大小感受野，聚合上下文信息实现大目标与小目标的兼顾。提出一种新的无损失跨尺度融合模块，通过该模块进行通道重组，结合通道维度信息填充像素，实现跨通道像素信息融合，进一步提升特征提取的能力。同时引入了坐标注意力机制，将轴向的空间坐标通道信息有效整合到生成注意力图中，构建出能够捕获跨通道信息且包含方向感知和位置敏感信息的注意力残差单元与多视野聚合空洞残差单元。此外，通过引入Soft-NMS降低与高置信度预测框重叠度较大的目标框的置信度，增加二次检测机会，提升了网络模型召回率。最后引入解耦检测头以加快模型收敛速度和提高检测精度。在VOC数据集07+12上的试验结果表明，算法平均精度提升了6.46%,证明了提出算法的准确性和鲁棒性。     

基于目标减背景法的路面三维裂缝识别方法

根据路面病害等特征提取与检测要求,针对路面三维裂缝的数据特点,结合数字图像处理技术,提出了一种基于目标减背景法的路面三维裂缝识别方法。该方法首先采用双相标准差和基于组合结构元素的级联形态学滤波算法相结合的滤波方法实现裂缝三维数据的预处理,然后根据三维裂缝数据转换成二维图像进行研究的优势,对三维裂缝数据归一化,并采用目标减背景法和Otsu局部阈值分割法实现路面裂缝的识别,对比试验结果与分析表明:该文算法检测效果比较好,对细小裂缝的识别有一定的优势。     

基于改进YOLOv5的雾霾环境下船舶红外图像检测算法

从监控图像中准确检测船舶对于港区水域船舶交通智能监管具有重要意义。为解决雾霾条件下传统YOLOv5目标检测算法对船舶红外图像检测准确率低、小目标特征提取能力弱等问题,提出了基于Swin Transformer的改进YOLOv5船舶红外图像检测算法。为扩大原始数据集的多样性,综合考虑船舶红外图像轮廓特征模糊、对比度低、抗云雾干扰能力强等特点,改进算法提出基于大气散射模型的数据集增强方法;为增强特征提取过程中全局特征的关注能力,改进算法的主干网络采用Swin Transformer提取船舶红外图像特征,并通过滑动窗口多头自注意力机制扩大窗口视野范围;为增强网络对密集小目标空间特征提取能力,通过改进多尺度特征融合网络（PANet）,引入底层特征采样模块和坐标注意力机制（CA）,在注意力中捕捉小目标船舶的位置、方向和跨通道信息,实现小目标的精确定位;为降低漏检率和误检率,采用完全交并比损失函数（CIoU）计算原始边界框的坐标预测损失,结合非极大抑制算法（NMS）判断并筛选候选框多次循环结构,提高目标检测结果的可靠性。实验结果表明：在一定浓度的雾霾环境下,改进算法的平均识别精度为93.73%,平...     

智能驾驶实时目标检测的深度卷积神经网络

为提高深度学习神经网络运行速度,满足智能驾驶对算法实时性的要求,基于一种一体化实时目标检测算法YOLO和一种目标检测网络模型Faster RCNN,提出一种结合两者特点的实时目标检测神经网络。该网络保留区域卷积神经网络(R-CNN)算法的二次检测模式和区域生成神经网络RPN,去掉先验框,采用YOLO直接预测位置。结合Mask R-CNN中的ROI-Align方法进行二次位置修正,减少了Faster R-CNN中ROI-pooling所带来的位置预测偏差。对改进后的网络在KITTI数据集上进行测试,结果表明:改进后的神经网络检测一次仅耗时38 ms,检测的平均精确度高于YOLO和Faster RCNN,且对于不同大小的目标都具有很好的泛化能力。     

A low-cost video-based pavement distress screening system for low-volume roads

This study investigates the use of consumer-grade video camera to develop a low-cost pavement distress screening system, with a particular focus on low-volume roads. Due to the oblique view of video data captured in the car front, existing crack detection algorithms that are tailor-made for nadir view cannot be used directly. Instead, we propose and develop a Video-based PAvement Distress Screening (VPADS) system, which includes an automatic data processing workflow by first defining a Region of Interest (RoI) through robust line fitting of the two side lanes. The pavement condition can be assessed within the RoI by implementing a multi-scale ridge detection filter followed by a boundary contour analysis. Since the proposed VPADS system is designed for preliminary screening purpose, each video image scene is examined if there exists any potential crack or distress feature(s). We tested the proposed system on video data collected for two low-volume roads (Highway 624 and 668) in Northern Ontario region, Canada. The overall accuracy of detecting crack and distress features yielded 80%. Instead of replacing traditional field inspection or high-end multi-sensor pavement evaluation system, the proposed VPADS system aims to provide a computer-aided screening solution for transportation authorities of a vast rural road/highway network and with limited inspection budget. The scope of the work can be further expanded by developing a crowdsensing inspection network built by any regular road user, who can also act as a data provider for the regional/municipal pavement distress screening system.     

野外环境下基于改进 Faster R-CNN的无人车障碍物检测方法

针对无人车在越野环境中障碍物检测存在特征提取能力不足和检测准确率低等问题,提出一种基于改进型Faster R-CNN卷积神经网络模型的障碍物检测方法。通过构建FPN与ResNet50组合的网络结构来实现对野外障碍物的特征提取,有效解决了特征提取时障碍物细节特征丢失和尺度变换大的问题。使用Soft-NMS代替NMS,避免了NMS非极大值抑制由于阈值难调整带来的误删除和误检问题。在每个卷积层残差块最后嵌入注意力机制,有助于特征图中有效特征信息筛选和减小计算量。试验结果表明,构建的改进型Faster R-CNN卷积神经网络模型可准确识别野外环境中的障碍物,从而验证了该模型有良好的检测能力,对提升无人车的野外感知能力具有重要意义。     

公路改扩建旧沥青路面检测指标与评价方法的探讨

针对现行沥青路面检测评价体系不满足公路改扩建工程需求的问题,文章在对比分析现行检测评价规范规定的基础上,结合公路沥青路面设计规范对改扩建路面设计的需求,提出了包括路面损坏指数、路面车辙深度指数、裂缝率、车辙面积率、修补面积率、路面结构强度、结构层厚度、各结构层回弹模量、基层完整性的改扩建旧沥青路面检测指标与评价体系,并给出了指标的检测手段、计算方法与分级标准,最后引入特尔菲—理想点法进行使用性能的综合评价。     

沥青路面破损程度分级与破损换算系数取值的探讨

本文分析现行规范中对沥青路面破损程度、密度分级以及破损换算系数取值中存在问题,通过分析沥青路面破损程度与路面使用状况关系,结合沥青路面养护措施,提出沥青路面裂缝破损密度分级的方法,并对车辙破损严重程度分级标准、裂缝和车辙破损换算系数的修正值提出建议。     

基于图像自动匀光的路面裂缝图像分析方法

基于视频图像检测裂缝是当前路面病害检测的主要手段。为解决路面裂缝检测系统在不同光照条件下裂缝识别可靠性问题,研究了一种基于图像自动匀光的路面裂缝图像分析方法。首先对基于面阵CCD相机图像裂缝检测存在的问题进行分析,提出采用图像自动匀光技术解决不同光照条件下图像一致性输入问题;其次,设计了一种基于自动电子印相机原理的路面图像快速匀光算法,提出了一种实用的路面裂缝图像处理策略并设计了路面裂缝图像处理流程;最后,对一组由面阵CCD相机获取的路面图像按照该方法进行路面裂缝检测试验,验证了基于图像自动匀光的路面裂缝图像分析技术的合理性和实用性。