CN106683088A - 基于手机传感器的道路裂纹类型识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于手机传感器的道路裂纹类型识别方法，用于解决现有道路裂纹类型识别方法实用性差的技术问题。技术方案是首先利用智能手机对道路裂纹进行拍照，采集裂纹照片及拍照时候的手机传感器数据。再对采集到的裂纹照片进行图像处理。继而将手机坐标系下的裂纹变换到世界坐标系，计算出世界坐标系下的裂纹方向。计算裂纹所在道路的方向。通过裂纹和道路方向的夹角判断线性裂纹的类型。如果夹角小于45°，裂纹的类型是竖裂，否则裂纹是横裂。本发明不需要专用的裂纹检测车对裂纹进行拍照，仅利用智能手机对道路裂纹进行拍照，实用性好，且识别裂纹类型的准确率达到了90.1％。

Description

基于手机传感器的道路裂纹类型识别方法

技术领域

本发明涉及一种道路裂纹类型识别方法，特别涉及一种基于手机传感器的道路裂纹类型识别方法。

背景技术

近年来，智能手机的发展为传统的市政服务提供了新的手段。在传统的城市道路裂纹检测方法中，需要专业的人员使用专业的设备进行检查，这样浪费大量的人力和物力。随着智能手机的发展，普通市民可以使用手机对裂纹进行拍照，但是由于用手机拍照的时候，拍照的方向是任意的，本发明中我们使用拍照时手机的传感器信息，如加速度计、磁力计、GPS信息等，和照片本身的信息，还原拍照的场景，对道路裂纹的类型进行判断。

文献“路面裂缝图像自动识别系统研究.长安大学,2009.”公开了一种路面裂纹类型识别方法。此方法首先根据设定的阈值判断裂纹为网状裂纹还是线性裂纹，若连通域的个数大于给定的阈值，则是网状裂纹，否则是线性裂纹，然后根据投影判别法判断裂纹是纵向裂纹还是横向裂纹。但是由于此方法使用专用的裂纹检测车对裂纹进行拍照的，摄像头跟道路方向是平行的，使用手机拍照识别裂纹类型的时候，拍照方向是任意的，不能直接通过照片的信息来判断横裂和竖裂，需要通过传感器信息判断手机拍照的方向以及裂纹所在道路的方向，结合照片本身的信息来判断线性裂纹的类型。

发明内容

为了克服现有道路裂纹类型识别方法实用性差的不足，本发明提供一种基于手机传感器的道路裂纹类型识别方法。该方法首先利用智能手机对道路裂纹进行拍照，采集裂纹照片及拍照时候的手机传感器数据。再对采集到的裂纹照片进行图像处理。继而将手机坐标系下的裂纹变换到世界坐标系，计算出世界坐标系下的裂纹方向。计算裂纹所在道路的方向。通过裂纹和道路方向的夹角判断线性裂纹的类型。如果夹角小于45°，裂纹的类型是竖裂，否则裂纹是横裂。本发明不需要专用的裂纹检测车对裂纹进行拍照，仅利用智能手机对道路裂纹进行拍照，实用性好，且识别裂纹类型的准确率达到了90.1％。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种基于手机传感器的道路裂纹类型识别方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、利用智能手机对道路裂纹进行拍照，采集裂纹照片及拍照时的手机传感器数据。GPS数据作为计算裂纹所在道路方向的数据依据，加速度传感器和磁场传感器作为计算手机绕手机坐标系的x轴，y轴，z轴旋转角度的数据依据。将手机传感器数据整理成三元组<裂纹照片，传感器名称，传感器数值>。其中加速度传感器、磁力传感器的传感器数值格式是一个三维向量<x，y，z>，GPS的数据格式是<lon，lat>。

步骤二、对步骤一采集到的裂纹照片进行包括中值滤波平滑、sobel算子锐化和灰度预处理，然后使用OTSU算法进行图像分割，从路面背景中分割出裂纹。处理后的二值化矩阵记为G，计算G连通域的个数，如果连通域的个数大于等于10，裂纹的类型是网状裂纹，如果连通域的个数小于10，裂纹的类型是线性裂纹。

步骤三、计算裂纹在手机坐标系下的方向，对二值化矩阵G进行数学形态学先闭后开处理，处理后的矩阵记为M，然后对矩阵M进行膨胀腐蚀和细化操作，提取裂纹骨架，处理后的矩阵记为N，对矩阵N进行线性拟合，得到裂纹近似直线，直线的方向即为裂纹在手机坐标系下的方向。通过如下公式将手机坐标系下的裂纹变换到世界坐标系，计算出世界坐标系下的裂纹方向：

其中，(x,y,z)是世界坐标系下的点，(x，,,y，,,z，,)是手机坐标系下的点。α、β、γ是手机绕手机坐标系的x轴，y轴，z轴旋转的角度。

步骤四、将裂纹所在点的GPS定位到OpenStreetMap路网上，找到裂纹所在的道路。道路的信息记为r＝(ID,Node1,Node2,Width)，其中，ID是道路的编号，Node1是道路的起点，Node2是道路的终点，Width是道路的宽度，通过Node1和Node2两点，确定裂纹所在道路的方向。

步骤五、通过裂纹和道路方向的夹角判断线性裂纹的类型，如果夹角小于45°，裂纹的类型是竖裂，如果夹角大于45°，裂纹的类型是横裂。

本发明的有益效果是：该方法首先利用智能手机对道路裂纹进行拍照，采集裂纹照片及拍照时候的手机传感器数据。再对采集到的裂纹照片进行图像处理。继而将手机坐标系下的裂纹变换到世界坐标系，计算出世界坐标系下的裂纹方向。计算裂纹所在道路的方向。通过裂纹和道路方向的夹角判断线性裂纹的类型。如果夹角小于45°，裂纹的类型是竖裂，否则裂纹是横裂。本发明不需要专用的裂纹检测车对裂纹进行拍照，仅利用智能手机对道路裂纹进行拍照，实用性好，且识别裂纹类型的准确率达到了90.1％。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明基于手机传感器的道路裂纹类型识别方法的流程图。

图2是手机坐标系的示意图。

图3是世界坐标系的示意图。

具体实施方式

参照图1-3。本发明基于手机传感器的道路裂纹类型识别方法具体步骤如下：

步骤一、利用智能手机对道路裂纹进行拍照，采集裂纹照片及拍照时候的手机传感器数据。GPS数据作为计算裂纹所在道路方向的数据依据，加速度传感器和磁场传感器作为计算手机绕手机坐标系的x轴，y轴，z轴旋转角度的数据依据。并进一步将所有数据整理成三元组<裂纹照片，传感器名称，传感器数值>。其中加速度传感器、磁力传感器的传感器数值格式是一个三维向量<x，y，z>，GPS的数据格式是<lon，lat>。

步骤二、对步骤一中采集到的裂纹照片进行图像处理。首先对照片进行图像预处理，包括中值滤波平滑、sobel算子锐化、灰度处理，然后使用OTSU算法进行图像分割，从路面背景中分割出裂纹。处理后的二值化矩阵记为G，计算G连通域的个数，如果连通域的个数大于等于10，裂纹的类型是网状裂纹，如果连通域的个数小于10，裂纹的类型是线性裂纹。

步骤三、为了判断线性裂纹的类型，首先需要判断裂纹的方向。计算裂纹在手机坐标系下的方向时，对矩阵G进行数学形态学先闭后开处理，处理后的矩阵记为M，然后对矩阵M进行膨胀腐蚀和细化操作，提取裂纹骨架，处理后的矩阵记为N，对矩阵N进行线性拟合，得到裂纹近似直线，直线的方向即为裂纹在手机坐标系下的方向。通过如下公式可以把手机坐标系下的裂纹变换到世界坐标系，计算出世界坐标系下的裂纹方向：

(x,y,z)是世界坐标系下的点，(x”,y”,z”)是手机坐标系下的点。α、β、γ是指手机绕手机坐标系的x轴，y轴，z轴旋转的角度，通过android开发API获取。

步骤四、计算裂纹所在道路的方向。把裂纹所在点的GPS定位到OpenStreetMap路网上，找到裂纹所在的道路。道路的信息记为r＝(ID,Node1,Node2,Width)，ID是道路的编号，Node1是道路的起点，Node2是道路的终点，Width是道路的宽度，通过Node1和Node2两点，确定裂纹所在道路的方向。

步骤五、求得了世界坐标系下裂纹的方向和道路的方向后，通过裂纹和道路方向的夹角判断线性裂纹的类型。如果夹角小于45°，裂纹的类型是竖裂，如果夹角大于45°，裂纹的类型是横裂。

Claims (1)

1.一种基于手机传感器的道路裂纹类型识别方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、利用智能手机对道路裂纹进行拍照，采集裂纹照片及拍照时的手机传感器数据；GPS数据作为计算裂纹所在道路方向的数据依据，加速度传感器和磁场传感器作为计算手机绕手机坐标系的x轴，y轴，z轴旋转角度的数据依据；将手机传感器数据整理成三元组<裂纹照片，传感器名称，传感器数值>；其中加速度传感器、磁力传感器的传感器数值格式是一个三维向量<x，y，z>，GPS的数据格式是<lon，lat>；

步骤二、对步骤一采集到的裂纹照片进行包括中值滤波平滑、sobel算子锐化和灰度预处理，然后使用OTSU算法进行图像分割，从路面背景中分割出裂纹；处理后的二值化矩阵记为G，计算G连通域的个数，如果连通域的个数大于等于10，裂纹的类型是网状裂纹，如果连通域的个数小于10，裂纹的类型是线性裂纹；

步骤三、计算裂纹在手机坐标系下的方向，对二值化矩阵G进行数学形态学先闭后开处理，处理后的矩阵记为M，然后对矩阵M进行膨胀腐蚀和细化操作，提取裂纹骨架，处理后的矩阵记为N，对矩阵N进行线性拟合，得到裂纹近似直线，直线的方向即为裂纹在手机坐标系下的方向；通过如下公式将手机坐标系下的裂纹变换到世界坐标系，计算出世界坐标系下的裂纹方向：

$(x^{\&prime;},y^{\&prime;},z^{\&prime;},1)=(x,y,z,1)\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\&alpha;}& \sin \mathrm{\&alpha;}& 0\\ 0& -\sin \mathrm{\&alpha;}& \cos \mathrm{\&alpha;}& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}\cos \mathrm{\&beta;}& 0& -\sin \mathrm{\&beta;}& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ \sin \mathrm{\&beta;}& 0& \cos \mathrm{\&beta;}& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}\cos \mathrm{\&gamma;}& \sin \mathrm{\&gamma;}& 0& 0\\ -\sin \mathrm{\&gamma;}& \cos \mathrm{\&gamma;}& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

其中，(x,y,z)是世界坐标系下的点，(x”,y”，z”)是手机坐标系下的点；α、β、γ是手机绕手机坐标系的x轴，y轴，z轴旋转的角度；

步骤四、将裂纹所在点的GPS定位到OpenStreetMap路网上，找到裂纹所在的道路；道路的信息记为r＝(ID,Node1,Node2,Width)，其中，ID是道路的编号，Node1是道路的起点，Node2是道路的终点，Width是道路的宽度，通过Node1和Node2两点，确定裂纹所在道路的方向；

步骤五、通过裂纹和道路方向的夹角判断线性裂纹的类型，如果夹角小于45°，裂纹的类型是竖裂，如果夹角大于45°，裂纹的类型是横裂。