一种公路桥梁的状态评估方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及图像数据处理技术领域，具体涉及一种公路桥梁的状态评估方法及系统，包括：使用无人机采集公路桥梁表面图像，得到桥梁灰度图像，并分割出若干个疑似钢筋锈蚀连通域，获取疑似钢筋锈蚀连通域的形状趋于钢筋的程度，结合所有疑似钢筋锈蚀连通域之间的距离

【技术实现步骤摘要】
一种公路桥梁的状态评估方法及系统


[0001]本专利技术涉及图像数据处理
，具体涉及一种公路桥梁的状态评估方法及系统
。

技术介绍

[0002]我国的交通建设经过几十年的快速发展，已经取得了无数的辉煌成就，公路
、
桥梁等设施在数量上也达到了非常大的规模
。
然而很多公路桥梁的服役年限已经过长，并且由于受到设计
、
维护
、
事故等因素的影响，导致越来越多的桥梁开始出现安全隐患，甚至发生严重的交通事故
。
钢筋锈蚀作为公路桥梁常见的一种病害，它对桥梁稳定性造成的影响不可忽视，如果不及时进行维护处理，很可能威胁到桥梁整体的结构
。
因此，对公路桥梁的钢筋锈蚀检测就成为桥梁状态评估的一个重要环节
。
[0003]现有的问题：在现有的公路桥梁检测评估方法中，大多是依靠人工使用设备去采集数据并进行评估
。
但是在实际操作过程中，这种方法存在很多不足之处，如检测时灵敏度不高
、
采集数据不全面
、
数据处理分析时效性差等问题，导致整体检测结果的准确性和可靠性不高
。
特别是检测钢筋锈蚀这一病害时，由于公路桥梁的钢筋遍布整个桥体，人工采集数据难度大，再加上一些人为主观因素，使得检测结果很容易出现误差，无法满足实际需求
。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种公路桥梁的状态评估方法及系统，以解决现有的问题
>。
[0005]本专利技术的一种公路桥梁的状态评估方法及系统采用如下技术方案：本专利技术一个实施例提供了一种公路桥梁的状态评估方法，该方法包括以下步骤：使用无人机采集公路桥梁表面图像，并对公路桥梁表面图像进行灰度化处理，得到桥梁灰度图像；使用大津算法，得到桥梁灰度图像中若干个疑似钢筋锈蚀连通域；将任意一个疑似钢筋锈蚀连通域，记为目标连通域，并得到目标连通域的最小外接矩形；根据目标连通域的最小外接矩形的长边
、
桥梁灰度图像的长边与宽边所处直线的夹角值，得到目标连通域的夹角参考值；根据目标连通域的夹角参考值
、
最小外接矩形的长边与宽边的长度，得到目标连通域的形状趋于钢筋的程度；根据所有疑似钢筋锈蚀连通域之间的距离
、
夹角参考值
、
形状趋于钢筋的程度，得到目标连通域的钢筋锈蚀相似程度；根据所有疑似钢筋锈蚀连通域的钢筋锈蚀相似程度，得到锈蚀像素点；将桥梁灰度图像等分为若干个图像块，将存在锈蚀像素点的图像块，记为缺陷图像块；将不存在锈蚀像素点的图像块，记为正常图像块；根据缺陷图像块内不同灰度值对应的锈蚀像素点的数量，得到缺陷图像块内的新锈蚀像素点与缺陷图像块的最终分割阈值；使用大津算法，得到正常图像块的初始分割阈值；根据正常图像块的初始分割阈值
、
所有缺陷图像块的最终分割阈值
、
正常图像块与缺陷图像块之间的距离，得到正常图像块内的新
锈蚀像素点；根据桥梁灰度图像内所有新锈蚀像素点的数量，得到桥梁灰度图像中的公路桥梁表面健康状态评分
。
[0006]进一步地，所述根据目标连通域的最小外接矩形的长边
、
桥梁灰度图像的长边与宽边所处直线的夹角值，得到目标连通域的夹角参考值，包括的具体步骤如下：将目标连通域的最小外接矩形的任意一个长边所处的直线，记为目标直线；将桥梁灰度图像的任意一个长边与宽边所处的直线，分别记为长参考直线与宽参考直线；统计目标直线分别与长参考直线和宽参考直线的夹角值，将所述夹角值中的最小值，记为目标连通域的夹角参考值
。
[0007]进一步地，所述根据目标连通域的夹角参考值
、
最小外接矩形的长边与宽边的长度，得到目标连通域的形状趋于钢筋的程度对应的具体计算公式为：其中为目标连通域的形状趋于钢筋的程度，
L
为目标连通域的最小外接矩形的长边的长度，
W
为目标连通域的最小外接矩形的宽边的长度，为目标连通域的夹角参考值，为线性归一化函数
。
[0008]进一步地，所述根据所有疑似钢筋锈蚀连通域之间的距离
、
夹角参考值
、
形状趋于钢筋的程度，得到目标连通域的钢筋锈蚀相似程度，包括的具体步骤如下：使用边界点法，得到目标连通域的中心点；经过目标连通域的中心点，将与目标连通域的最小外接矩形的宽边平行的直线，记为主体直线；在桥梁灰度图像中，将主体直线与所有疑似钢筋锈蚀连通域边界的交点，记为边界交点；在主体直线上，将相邻两个边界交点之间的直线段的中心点，记为目标点；将主体直线处于桥梁灰度图像中的直线段，记为主体直线段；在主体直线段上，从任意一端开始，依次计算相邻两个目标点的欧式距离，得到钢筋间距序列；根据钢筋间距序列中数据之间的差异
、
目标连通域和所有疑似钢筋锈蚀连通域的夹角参考值之间的差异，得到目标连通域的位置与结构趋于钢筋的程度；计算目标连通域的位置与结构趋于钢筋的程度与形状趋于钢筋的程度的乘积，将所述程度的乘积的归一化值，记为目标连通域的钢筋锈蚀相似程度
。
[0009]进一步地，所述根据钢筋间距序列中数据之间的差异
、
目标连通域和所有疑似钢筋锈蚀连通域的夹角参考值之间的差异，得到目标连通域的位置与结构趋于钢筋的程度对应的具体计算公式为：
其中为目标连通域的位置与结构趋于钢筋的程度，
N
为桥梁灰度图像中疑似钢筋锈蚀连通域的数量，为目标连通域的夹角参考值，为桥梁灰度图像中第
i
个疑似钢筋锈蚀连通域的夹角参考值，
M
为钢筋间距序列中的数据数量，和分别为钢筋间距序列中第
l
个和第
l+1
个数据值，
| |
为绝对值函数
。
[0010]进一步地，所述根据所有疑似钢筋锈蚀连通域的钢筋锈蚀相似程度，得到锈蚀像素点，包括的具体步骤如下：将钢筋锈蚀相似程度大于预设的判断阈值的疑似钢筋锈蚀连通域，记为钢筋锈蚀连通域；将钢筋锈蚀连通域中的像素点，记为锈蚀像素点
。
[0011]进一步地，所述根据缺陷图像块内不同灰度值对应的锈蚀像素点的数量，得到缺陷图像块内的新锈蚀像素点与缺陷图像块的最终分割阈值，包括的具体步骤如下：将任意一个缺陷图像块，记为参考缺陷图像块；统计参考缺陷图像块内不同大小的灰度值的种类，将任意一种灰度值，记为参考灰度值；在参考缺陷图像块内，将所有灰度值小于参考灰度值的像素点中为锈蚀像素点的数量，记为参考灰度值对应的重合度；使用大津算法，得到参考缺陷图像块内每种灰度值对应的类间方差；将参考缺陷图像块内每种灰度值对应的重合度与类间方差的乘积，记为每种灰度值的新类间方差；统计所有种灰度值的新类间方差中的最大值，将所述最大值对应的灰度值，记为参考缺陷图像块的最终分割阈值；将参考缺陷图像块内灰度值小于参考缺陷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种公路桥梁的状态评估方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：使用无人机采集公路桥梁表面图像，并对公路桥梁表面图像进行灰度化处理，得到桥梁灰度图像；使用大津算法，得到桥梁灰度图像中若干个疑似钢筋锈蚀连通域；将任意一个疑似钢筋锈蚀连通域，记为目标连通域，并得到目标连通域的最小外接矩形；根据目标连通域的最小外接矩形的长边
、
桥梁灰度图像的长边与宽边所处直线的夹角值，得到目标连通域的夹角参考值；根据目标连通域的夹角参考值
、
最小外接矩形的长边与宽边的长度，得到目标连通域的形状趋于钢筋的程度；根据所有疑似钢筋锈蚀连通域之间的距离
、
夹角参考值
、
形状趋于钢筋的程度，得到目标连通域的钢筋锈蚀相似程度；根据所有疑似钢筋锈蚀连通域的钢筋锈蚀相似程度，得到锈蚀像素点；将桥梁灰度图像等分为若干个图像块，将存在锈蚀像素点的图像块，记为缺陷图像块；将不存在锈蚀像素点的图像块，记为正常图像块；根据缺陷图像块内不同灰度值对应的锈蚀像素点的数量，得到缺陷图像块内的新锈蚀像素点与缺陷图像块的最终分割阈值；使用大津算法，得到正常图像块的初始分割阈值；根据正常图像块的初始分割阈值
、
所有缺陷图像块的最终分割阈值
、
正常图像块与缺陷图像块之间的距离，得到正常图像块内的新锈蚀像素点；根据桥梁灰度图像内所有新锈蚀像素点的数量，得到桥梁灰度图像中的公路桥梁表面健康状态评分
。2.
根据权利要求1所述一种公路桥梁的状态评估方法，其特征在于，所述根据目标连通域的最小外接矩形的长边
、
桥梁灰度图像的长边与宽边所处直线的夹角值，得到目标连通域的夹角参考值，包括的具体步骤如下：将目标连通域的最小外接矩形的任意一个长边所处的直线，记为目标直线；将桥梁灰度图像的任意一个长边与宽边所处的直线，分别记为长参考直线与宽参考直线；统计目标直线分别与长参考直线和宽参考直线的夹角值，将所述夹角值中的最小值，记为目标连通域的夹角参考值
。3.
根据权利要求1所述一种公路桥梁的状态评估方法，其特征在于，所述根据目标连通域的夹角参考值
、
最小外接矩形的长边与宽边的长度，得到目标连通域的形状趋于钢筋的程度对应的具体计算公式为：其中为目标连通域的形状趋于钢筋的程度，
L
为目标连通域的最小外接矩形的长边的长度，
W
为目标连通域的最小外接矩形的宽边的长度，为目标连通域的夹角参考值，为线性归一化函数
。4.
根据权利要求1所述一种公路桥梁的状态评估方法，其特征在于，所述根据所有疑似钢筋锈蚀连通域之间的距离
、
夹角参考值
、
形状趋于钢筋的程度，得到目标连通域的钢筋锈
蚀相似程度，包括的具体步骤如下：使用边界点法，得到目标连通域的中心点；经过目标连通域的中心点，将与目标连通域的最小外接矩形的宽边平行的直线，记为主体直线；在桥梁灰度图像中，将主体直线与所有疑似钢筋锈蚀连通域边界的交点，记为边界交点；在主体直线上，将相邻两个边界交点之间的直线段的中心点，记为目标点；将主体直线处于桥梁灰度图像中的直线段，记为主体直线段；在主体直线段上，从任意一端开始，依次计算相邻两个目标点的欧式距离，得到钢筋间距序列；根据钢筋间距序列中数据之间的差异
、
目标连通域和所有疑似钢筋锈蚀连通域的夹角参考值之间的差异，得到目标连通域的位置与结构趋于钢筋的程度；计算目标连通域的位置与结构趋于钢筋的程度与形状趋于钢筋的程度的乘积，将所述程度的乘积的归一化值，记为目标连通域的钢筋锈蚀相似程度
。5.
根据权利要求4所述一种公路桥梁的状态评估方法，其特征在于，所述根据钢筋间距序列中数据之间的差异
、
目标连通域...

【专利技术属性】
技术研发人员：任振博，胡冠楠，徐静，王玉伟，李冬梅，王辉，
申请(专利权)人：山东力加力钢结构有限公司，
类型：发明
国别省市：