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原文传递 Bridge Damage Identification

论文题名：	Bridge Damage Identification
关键词：	桥梁病害;数字图像处理;软件设计;功能模块
摘要：	作为现代化建设道路上的基石，桥梁在交通线中扮演着极其重要的角色，比较常见的桥梁有混凝土桥梁、木制桥、钢筋混凝土桥、石桥等，但是桥梁在使用过程中会受到各种自然天气的影响，桥梁就会出现病害，例如，桥梁裂缝，锈蚀，表面剥落等等，这些病害不仅仅会降低桥梁的使用寿命，更会影响桥上出行人们的生命安全，所以对于桥梁病害要进行定期的检测维护，及时扫清安全障碍。目前在桥梁病害的检测识别领域拥有了很多可行性较高的方法，常用的桥梁病害识别方法有传统经验评估法，基于灰色模糊理论的综合检测方法，基于神经网络理论的检测方法，钻芯取样法。　　本文的研究目的在于利用检测结果评估桥梁本身的质量，及时发现桥梁的损伤部位，并提供病害部位的关键数据，例如桥梁裂缝的长度信息，桥梁空洞的面积信息，桥梁起皮区域的信息，有利于后期桥梁的维护管理。本文的研究意义主要集中在可以有效降低桥梁疾病检测和识别过程中的人工成本，快速准确地评估桥梁病害风险，确保桥梁安全。　　本文的主要研究工作内容如下:1.总结归纳了桥梁的发展情况，详细分析了桥梁病害产生的原因，例如自然环境因素、人为破坏、施工设计因素等，同时根据桥梁病害成因的不同将桥梁病害分成了四大类，分别是桥梁裂缝问题，桥梁上部结构病害问题，桥梁支座病害以及伸缩缝病害，桥梁钢筋腐蚀问题，然后介绍了目前世界上关于桥梁病害识别方向的常见方法，分析对比各个方法的优缺点。2.举例分析了在钢筋混凝土桥梁中常见的病害，包括蜂窝、麻面、空洞、裂缝、剥落、露筋、锈蚀，从三个方面详细分析了桥梁病害的成因，包含外因、设计问题以及施工问题，在此基础上，以预防和及时发现桥梁病害、维护桥梁为目标，提出了三点关于桥梁病害的防治措施。3.总结分析了数字图像处理技术的从上世纪到现今发展历程，分析了数字图像处理技术中常用的方法以及相互之间的关系，包括图像的获取技术，图像的分割技术，图像的增强技术，图像的压缩技术以及图像的恢复重建技术，然后分析介绍了数字图像处理技术在各个领域的应用，囊括了医学、物理化学、气象、地质、工业、军事、通信、经济、农林众多领域。4.分析了在桥梁病害处理方向的常用算法，包括灰度变换，图像去噪，图像锐化，边缘检测，腐蚀膨胀，对各个算法的目的、原理和优缺点进行了分析。5.在考虑现有研究方法以及技术的情况下，设计了一套基于Visual C++语言进行桥梁病害处理的系统，使用到了Halcon数据包，绘制了系统软件的流程图，介绍了本文所使用的数据集以及数据集对实验参数的影响，对桥梁中常见的病害进行了演示识别，提取了病害的信息，例如裂缝的长度信息，空洞的面积信息，起皮区域的信息等，详细介绍了进行软件设计时所采用的主要函数的功能以及软件各个模块的设计思路，对识别出来的图像进行了详细的分析，最后还将本文所采用的方法所得到的结果与其他方法所得到的结果进行了对比分析，从工程应用实现的角度分析了本文所设计的算法流程，总结分析了算法的优缺点。　　关于本文的创新点，主要在于针对四种桥梁病害识别所设计的算法流程，因为目前在桥梁病害检测领域针对桥梁裂缝病害检测识别的样例较多，针对其他病害例如剥落、空洞、起皮的算法案例较少，而且大多只能识别出目标病害区域，并不能显示其面积，而本文所设计的算法可以针对裂缝、空洞、剥落、起皮的病害区域进行识别，提取出裂缝的长度信息，空洞、剥落、起皮区域的面积信息，并在界面上进行显示。　　最后，本文利用上述方法，对桥梁的裂缝、空洞、剥落、起皮的病害设计了一套识别系统，有较好的识别效果，具体来说，针对桥梁混凝土区域的裂缝病害，本程序可以成功识别出裂缝长度。针对桥梁混凝土区域的空洞病害，本程序可以较好地识别出空洞区域的面积，对于桥梁钢材区域的病害，首先是剥落，本程序能够完美识别出起皮区域的面积，针对起皮区域，大块的起皮病害面积可以被完美识别。
作者：	Yichi Zhang
专业：	Master of Engineering
导师：	Yingqing Xia
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华中师范大学
学位年度：	2021