混凝土桥梁病害检测系统的研究与实现

论文摘要

随着社会生产的需要和检测技术的不断发展,探地雷达作为一种无损探伤的检测设备,其应用领域也在逐渐扩大,在考古、建筑、铁路、公路、水利、电力、采矿、航空等各领域都有重要的应用,本文将进一步研究探地雷达在混凝土桥梁检测中的应用并设计实现混凝土桥梁病害识别系统。目前针对混凝土桥梁病害探地雷达检测与识别的系统很少,主要原因是混凝土结构及病害特征复杂多样,对同一种病害难以提取一种稳定的识别特征,因此对探地雷达扫描图像的解释主要依据经验。本文就目前对探地雷达扫描图像的解释过分依赖专家经验的现状,研究并开发了混凝土桥梁病害识别系统。为了研究混凝土桥梁典型缺陷的特征,进行了大量实验,在此过程中,不断熟悉雷达设备的使用,并逐渐总结掌握探地雷达在混凝土桥梁检测中的应用准则,以提高检测数据的质量。在此基础上,结合雷达信号处理技术及图像增强、边缘检测等数字图像处理理论,对典型缺陷的图像特征做了大量分析,并把样本库的思想引入到桥梁病害检测系统中,建立了典型缺陷图形库,成功解决了同一种缺陷界面反射特征具有多样性的技术难点,并有效地提高了识别系统的适应性和可扩充性。在缺陷识别模块中,采用了主成分分析方法来提取特征、运用最小欧氏距离分类器进行缺陷分类,在保证识别精度的同时取得了良好的识别效率。本系统能有效识别混凝土中的孔洞、裂缝及孔洞含水病害,在对实验室模型梁的检测中效果良好,并在现场桥梁（籍家岭大桥）检测中取得了预期效果。在软件设计过程中,充分运用了C++语言面向对象的特征,使系统易于维护、扩展。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.1.1 工程无损检测与分析的意义
• 1.1.2 国内外研究与应用现状
• 1.2 课题研究内容
• 1.2.1 课题研究的主要内容
• 1.2.2 本论文内容安排
• 第二章 探地雷达基本理论及扫描数据处理
• 2.1 探地雷达基本理论
• 2.2 探地雷达信号模型
• 2.3 探地雷达扫描数据表示
• 2.3.1 RAMAC/GPR雷达数据文件
• 2.3.2 灰度图像
• 2.3.3 雷达扫描数据的灰度图像
• 2.4 雷达扫描数据处理
• 2.4.1 扫描数据预处理
• 2.4.2 偏移归位
• 2.5 小结
• 第三章 缺陷识别相关理论及技术
• 3.1 数字图像处理技术
• 3.1.1 图像增强及其应用
• 3.1.2 图像分割
• 3.1.3 边缘检测
• 3.2 特征提取理论及技术
• 3.2.1 特征提取
• 3.2.2 主成分分析法概要
• 3.3 缺陷分类技术
• 3.4 小结
• 第四章 缺陷识别方法研究
• 4.1 三种典型缺陷界面
• 4.1.1 混凝土空气界面
• 4.1.2 混凝土水界面
• 4.1.3 混凝土砂浆界面
• 4.2 图像灰度差异分析
• 4.2.1 分块思想
• 4.2.2 实验及结果分析
• 4.3 识别思想的形成
• 4.3.1 多界面探测分析
• 4.3.2 缺陷识别方法
• 4.4 小结
• 第五章 缺陷识别软件的设计与实现
• 5.1 识别软件的基本结构
• 5.2 缺陷识别系统的主要功能模块
• 5.2.1 特征提取模块
• 5.2.2 缺陷分类模块
• 5.2.3 后处理模块
• 5.3 样本库的设计与实现
• 5.3.1 缺陷样本库一
• 5.3.2 缺陷样本库二
• 5.3.3 两种样本库识别效果比较
• 5.4 缺陷识别系统识别效果
• 5.4.1 实验室数据识别效果
• 5.4.2 现场扫描数据识别效果
• 5.4.3 关于雷达检测钢筋锈蚀缺陷的说明
• 5.5 缺陷识别系统的基本设计原则
• 5.6 小结
• 第六章 课题总结与展望
• 6.1 主要工作回顾
• 6.2 本课题需进一步研究的几个问题
• 参考文献
• 致谢