基于图像处理的道路检测

1绪论

1.1课题的背景及研究意义

路面是公路的重要组成部分，公路在使用过程中，由于行车荷载和自然因素的作用，将使路面逐渐产生各种破损。路面破损对路面的承载能力、耐久性，对车辆的行驶速度、燃料消耗、机械磨损、行车舒适性、交通安全、环境保护等都会造成不利的影响。路面状况检测是公路建设与管理中的关键性、基础性的技术，它对检测和控制工程质量至关重要。而且随着公路交通运输业的发展，人们对公路路面质量及其养护提出了更高的要求。90年代以前，由于对路面管理缺乏系统的数据收集、评价、科学的养护决策及对路面定量评价，造成养护资金浪费、路面质量下降及使用费用增加。为了改变这种状况，适应现代化、大规模、高速度和高质量的公路养护管理要求，许多交通部门都实施了路面管理系统。但路面管理系统所采集的路面破损数据仍主要采用人工检测，难以对路面破损进行客观和准确的评价。随着计算机数据处理能力、速度容量等性能的提高和数字摄像技术的发展，数字图像处理技术已经有了广泛的应用，并且随着计算机技术、自动化控制技术、高精度测微技术的进步，路面破损自动检测技术逐渐由人工检测向自动化检测技术发展，这使得道路质量的监测、评估和病害分析更加快捷，道路养护更加合理和经济。因此，研究路面破损自动检测技术，并结合高新技术来开发和设计高效、快速、准确的路面破损自动检测系统具有重要的意义。

1.2国内外发展现状

随着科技的发展和检测要求的提高，国内外都一直在致力于更快、更准确的裂缝检测系统的开发，并且得到了较大的进展。

国外主要有日本开发的Komatsu系统、美国Earsh公司的路面状况评价系统、瑞典基础设施服务公司的PA VUE系统、美国阿肯色州大学研制的“数字公路数据车”以及加拿大路维公司的多功能道路检测车ARAN等。

国内主要有南京理工大学的路面智能检测车JG-1型，江苏省沪高速公路股份有限公司、南京理工大学和南京路达基础工程新技术研究所共同研制的新型路面状况智能检测车及武汉大学开发的SINC-RTM车载智能路面自动检测系统

等。

1.2.1 国外路面裂缝检测技术发展

伴随着CCD技术的发展，国外很多机构开始利用图像采集技术对路面裂缝进行检测。目前许多国家以经开发了自己的路面破损自动检测产品。

日本开发的Komatsu系统使用摄像机、传感器等装置进行数据采集，使用微处理器进行图像处理。由于不能对裂缝进行判断，并且只能于夜间工作，最终没有形成产品，也没有得到广泛应用。

美国某公司研究开发的“路面状况评价系统”与瑞典某公司开发研制的PA VUE系统类似。两个系统都采用模拟技术进行路面图像采集，因此不能直接进行计算机处理，处理之前需首先将模拟图像转换为数字图像，这大大降低了图像识别的准确度，效率也不高。

随着科技的发展，使用CCD摄像机技术进行路面裂缝检测为多国专家所关注、研究，并且有了很大的进展。使用CCD摄像机有其优点，那就是可以通过图像采集卡将裂缝图像以数字形式存储在计算机中，方便进行实时的处理。因此，在路面裂缝自动检测系统的开发中，CCD摄像机和图像处理技术越来越为人们重点关注。

加拿大路维公司研制的多道路测试车目前得到了较为广泛的应用。该车上安装的路面裂缝自动检测系统软件包称为WiseCrax，目前以较高的采集质量及速度在全球得到了广泛应用。此软件系统主要由图像采集，图像分析等几个部分组成。

该系统使用高强度闪光灯作为补光光源，能够很好的消除公路附近或者公路旁边物体的阴影。而且路面自动检测系统软件WiseCrax可以自动检测并分析大于1mm的裂缝，检测率相对比较高。同时系统检测的精度和速度都非常不错。

我国目前路面裂缝检测采用的方法以传统的人工检测方法为主，路面裂缝自动检测系统的研究还不很成熟，只有个别高等院校和科研单位开展了这方面的工作。总体看来，只进行了一些初步的研究，真正的产品化还需要大量的工作。

国内主要有南京理工大学的路面智能检测车JG-1型，江苏省沪高速公路股份有限公司、南京理工大学和南京路达基础工程新技术研究所共同研制的新型路面状况智能检测车及武汉大学开发的SINC-RTM车载智能路面自动检测系统等。

其中智能检测车JG-1型是国内首辆路面智能检测车。该检测车包括数据采集部分和后期图像处理两部分。采用共梁双精度激光高程传感器技术，对纵向路面起伏状况进行非接触高速检测；采用等高程摆动激光扫描测距法，对路面横向车辙形状和深度进行精密测量。该车的缺点是：采集的图像数量少，裂缝类病害的检测精度差，裂缝检测结果也不全面。

2003年江苏省研制的一种新型路面裂缝智能检测车是国内第一个多功能路面质量自动检测系统，该检测车检测时以每小时70公里的速度在高速公路上运行，可提供一系列的数据，主要包括公路平整度、路面裂缝、破损等情况。除此之外，还能在显示的图像上观测到大于1毫米的裂缝，并标明裂缝所在的位置。

武汉大学空间信息与网络通信技术研发中心根据国内公路检测的现状开发了拥有自主知识产权的SINC-RTM车载智能路面自动检测系统，该系统的特点是功能齐全，采用GPS和距离传感器对路面病害特征进行定位，精度较高。缺点是检测裂缝和平整度的精度较差。

南京理工大学几个教授合作研究开发的路面裂缝检测车在80~120公里/小时的速度行驶中可以扫描途经路面的任何裂缝病害，并且能够给出实时裂缝状况检测结果。

1.3路面裂缝的分类及成因

路面裂缝是一种常见的病害。它主要包括纵向裂缝、横向裂缝以及网状裂缝等三种形式。下面简单介绍各种裂缝的特征。

（1）横向裂缝

裂缝与道路中心线近似垂直，宽度长度都不相同，有的裂缝长度贯穿整个路面。如图1-1所示为横向裂缝。

（2）纵向裂缝

纵向裂缝走向基本与行车方向平行，裂缝长度和宽度不一，比较容易形成沿行车方向的台阶状，影响行车的舒适性。如图1-2所示。

（3）网状裂缝

网状裂缝是裂缝相互交错组成的裂缝，形如鳄鱼皮状。如图1-3所示。网状裂缝其实应该包括龟裂以及块裂，在本文中将此两种裂缝统一归类为网状裂缝。