基于样本图像分割方法的城市道路裂缝问题智能检测

赵彬丞 焦裕虎 王涵蕾 山东科技大学交通学院(青岛校区)

交通部门统计，在过去的“十二五”期间，我国交通建设投资再创新高，达到上一个五年规划期间的1.6倍，累计超过12.5万亿人民币，为我国经济的稳定增长及带动国内平衡发展拉动内需做出了巨大贡献。截止到2017年年底，我国各类公路总里程达到了500多万公里，其中高速公路和城镇公路总里程分别达到15万多公里和52万多公里，稳居世界前列。

1.城市道路检测目前存在的问题

众所周知，每条路都存在养护年限，不同建设标准的道路养护年限不同。路面在使用一段时间后，由于种种原因会出现一些病害如路面裂缝、沉陷、隆起、交通标线破损等。在所有的病害中，以路面裂缝的损坏最为常见，道路路面裂缝是最普遍且最容易出现的路面破损之一，同时也是许多严重病害初期表现形式。

道路路面裂缝不仅会使道路更容复损坏，变成严重道路病害，极大的降低了道路的舒适度也缩短了道路使用寿命，同时也会对车辆造成损坏。如何避免城市路面出现严重的病害，需要在路面出现轻度的路面裂缝时及时的发现并做好处理。路面裂缝检测的可靠性越来越成为一个道路检测系统优越性的重要指标之一。

破损路面裂缝分类的方法有很多种，如按开裂原因分类、按裂缝严重程度分类，按外在表现形式分类等。本文主要以路面标线为参照，根据裂缝的外在表现形式来对它们进行分类，主要可以分为三种：与道路行驶方向或路面标线接近垂直的横向裂缝，基本上沿着路面行驶方向与路面标线接近平行的纵向裂缝,及无方向性覆盖面积较大的无规则裂缝。

2.路面裂缝问题检测的国内外现状

国外比较典型路面检测系统有：美国的PSI以及RoadView路面检测系统：该系统由摄像设备、传感器、多台计算机服务器W及图像检测处理系统构成，摄像设备装于车辆的前后方，单次可W拍摄4.1 m宽的路面，对路面裂缝检测的最高精度可达到1mm；澳大利亚RoadCrack路面检测系统：该系统通过改装车辆将摄像机和补光系统装于检测车的车底，检测车的时速可达到100km／h，摄像机拍摄速度更是达到27000帧/s，对路面裂缝检测的最高精度也可以达到1mm。

国内比较典型的路面检测系统有：商京理工大学的N-1型路面检测系统该系统是国内最早出现的智能路面检测系统，由车载样本采集系统和线下检测处理系统组成；交通运输部公路科学研巧院的CiCS路面检测系统：该车载系统时速最高为100km/h，单次检测路面宽度可W达到3.6m，裂缝最高检测精度达到1mm，自带补光装置；武大卓越科技有限公司的ZOYON道路检测系统：该检测系统在许多方面取得了较大突破，检测车时速最高达到120km/h，检测宽度最大为3.7 m，自带GPS定位系统，裂缝最高检测精度达到1mm，总共包括5个子系统。

3.样本图像分割检测方法

道路裂缝问题的智能检测，是基于智能监控系统以及云平台的道路路面检测系统展开的。而图像的分割是样本图像从处理到分析再到裂缝检测的关键步骤，现阶段比较流行的图像分割技术有以下几种：基于区域的分割方法、基于阈值的分割方法，基于边缘检测的分割方法以及基于特定理论的分割方法等。下面将简要介绍几种图像分割法。

迭代法：迭代法是一种自动选取全局阔值的图像分割方法，依据数学逼近思想改进而来。

（1）寻找初始全局阈值T0：

（2）寻找新的全局阈值T：

（k1、k2为图像分割后各个部分灰度平均值）

（3）重复第二步，直到最新阀值贿J大小趋于稳定，则算法结束

最大类间方差法：最大类间方差法是一种通过自适应得到阀值对样本图像进行分割的方法，基本思想是：样本图像背景区域和目标区域存在着类间方差，它们之间的类间方差的大小决定它们之间的差别大小。

遗传算法分割：一种通过模拟生物自然进化过程而提出的自适应全局优化概率搜索算法。它可以对样本图像直接操作，具有很好的并行性和全局寻求最优阀值的能力。

改进最大熵法：图像最大熵分割法认为，在数字图像处理中，将一幅样本图像看作一个系统，图像中的像素则为该系统中的信息，像素分布均匀程度影响着图像熵的大小。图像的分割过程，则是对图像系统信息一个重新分布的过程，通过分割得到的目标和背景区域越合理，则使得信息分布越均匀，各部分得到的煽值和越大。

4.总结与展望

城市道路路面裂缝破损作为道路路面最普遍初期病害，如何较好的进行检测以及较早的进行维护保养，对避免形成严重病害以及节省人力经费开支有着重大的意义，在人工智能的大环境下，基于图像分割方法的不断成熟，城市道路检测必将越来越趋向于智能化。

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