高速公路路面破损自动识别与智能评价

论文摘要

交通运输业是我国社会经济发展的基础产业,是推动我国经济发展和社会进步的强大动力。上世纪80年代,高速公路在我国实现了零的突破,并很快进入了高速建设阶段。在过去的11年间,我国高速公路从1992年的652公里增加到2003年的近3万公里。到2009年底,中国的高速公路通车里程已达到了6.5万公里,通车总里程已仅次于美国,名列世界第二位。随着经济社会的发展,人们对道路养护提出了科学养护、从矫正性养护过渡到预防性养护的新需求。因而,快速、准确、无需人工干预的调查路面病害数据,客观准确的评价道路的使用性能,成为了人们亟待解决的问题。本文从路面图像预处理、路面图像分割、路面性能评价和公路管理系统四方面展开研究。首先分析了路面破损图像噪声产生的根源,并对噪声进行了分类。指出路面破损图像的噪声主要分为脉冲噪声和高斯噪声两类。进而,在图像噪声检测的基础上,对传统的噪声滤除方法进行了改进,即利用噪声检测理论对路面破损图像进行自适应预处理。该方法在有效滤除噪声的同时,又很好的保持了路面图像的边缘细节,为路面图像后续的处理提供了基础。在分析路面破损图像灰度分布特征的基础上,综合路面破损图像分割的一般思路,利用广义结构元理论对路面破损图像进行分割。该方法采用动态梯度分割阈值与灰度值分割阈值相结合的分割算法,将两者相结合作为不同像素的分割阈值,进行路面破损图像分割,对路面图像背景复杂、存在阴影、光照不均、对比度不同等具有很好的适应性。最后通过计算机仿真验证了算法的可行性。对于路面使用性能的评价,首先分析了回归分析法、模糊综合评判等方法的优劣后,设计了基于熵权雷达图的路面性能评价方法,该方法执行效率高,评价结果与实际路面性能吻合。最后,构建了基于GIS的数字化公路管理系统。详细分析了系统的整体框架,对各功能模块做了详细的分析设计,并应用C#作为开发语言,Oracle10g作为空间数据库,ArcGIS Server9.3为平台进行开发实现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究目的与意义
• 1.2 路面破损自动检测的发展现状
• 1.2.1 国内外发展现状
• 1.2.2 存在的主要问题
• 1.3 路面性能评价的发展现状
• 1.3.1 国内外发展现状
• 1.3.2 存在的主要问题
• 1.4 本课题研究内容及章节安排
• 第二章 路面图像预处理算法研究
• 2.1 引言
• 2.2 路面破损图像处理的技术路线
• 2.3 图像预处理的基本方法
• 2.3.1 图像平滑
• 2.3.2 锐化处理
• 2.4 路面破损灰度图像噪声
• 2.4.1 路面破损图像噪声的噪声源划分
• 2.4.2 路面破损图像噪声类型划分
• 2.4.3 路面破损图像灰度分布特征
• 2.5 路面破损图像噪声的自适应滤波算法
• 2.5.1 灰度图像脉冲噪声检测
• 2.5.2 路面破损图像的自适应滤波
• 2.5.3 计算机仿真分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 路面图像分割算法研究
• 3.1 引言
• 3.2 路面裂缝图像分割的一般思路
• 3.2.1 裂缝图像边缘检测
• 3.2.2 裂缝图像分割
• 3.2.3 图像形态学处理
• 3.3 基于广义结构元的路面破损图像二值化处理
• 3.3.1 广义结构元的概念
• 3.3.2 广义结构元的特点
• 3.3.3 基于广义结构元的图像分割
• 3.4 本章小结
• 第四章 路面性能综合评价模型研究
• 4.1 引言
• 4.2 回归分析法
• 4.3 物元模型分析法
• 4.3.1 物元基本概念
• 4.3.2 确定经典域和节域
• 4.3.3 确定待评价道路关于各路况等级的关联度
• 4.3.4 路况等级的综合评定
• 4.4 模糊综合评价模型的建立与求解
• 4.4.1 模糊综合评价模型建立
• 4.4.2 评价因素集建立
• 4.4.3 模糊评语矩阵建立
• 4.4.4 权重确定
• 4.5 灰色聚类评价方法
• 4.5.1 路面路况综合评价方法的思想
• 4.5.2 沥青混凝土路面路况综合评价的灰色聚类方法
• 4.5.3 评价标准的确定
• 4.5.4 白化权函数的构造及评价标准模型的建立
• 4.5.5 白化权函数起、终点和阀值的确定
• 4.5.6 路面综合状况的灰色聚类评价方法
• 4.6 灰色聚类综合评价模型实例分析
• 4.6.1 确定路面状况综合评价对象
• 4.6.2 给出路面评价对象i关于评价指标j 的原始样本矩阵
• 4.6.3 对原始样本矩阵进行标准化处理，得处理后的矩阵
• 4.6.4 求各路况评价指标关于每种灰类的聚类系数
• 4.6.5 确定各路况评价指标的灰类白化权函数计算表达式
• 4.6.6 求路面状况评价对象各评价指标关于每种灰类的聚类值
• 4.6.7 对路面评价对象进行聚类
• 4.7 熵权雷达图理论评价模型实例分析
• 4.7.1 熵权雷达图理论
• 4.7.2 评价指标因子的选取及模型构建
• 4.7.3 模型验证及应用
• 4.8 本章小结
• 第五章 基于 GIS 的数字化公路管理系统
• 5.1 引言
• 5.2 数字化公路系统框架设计
• 5.2.1 数字化公路的技术基础
• 5.2.2 基于GIS 的数字化公路管理系统框架
• 5.3 数字化公路管理系统的功能设计
• 5.3.1 方案比较
• 5.3.2 路面基本信息管理模块
• 5.3.3 路面养护管理模块
• 5.3.4 路面调查记录管理模块
• 5.3.5 路面调查数据处理模块
• 5.3.6 路面性能评价模型处理模块
• 5.3.7 系统开发环境及硬件接口
• 5.3.8 系统运行与测试
• 5.4 本章小结
• 第六章主要研究结论与展望
• 6.1 论文主要研究成果
• 6.2 进一步研究工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果