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摘要：当前，检测混凝土桥梁裂缝在施工过程中具有非常重要作用，基于数字图像的自动检测技术具有快速、精确、智能等特点，已被广泛运用于道路裂缝检测。文章从硬和软件两方面对公路、隧道和桥梁不同类型混凝土道路裂缝检测方法，进行了全面分析与总结，指出现有检测方法在系统完善性、通用性、精确性等方面普遍存在不足，探索开发更高效、稳定、智能的裂缝自动检测系统，这也将是混凝土裂缝检测的研究热点之一。
关键词：混凝土；数字图像；裂缝检测
引言：在我国交通运输建设过程中，公路桥梁是重要的组成部分。现阶段，我国每年步入维修期的公路桥梁数目在逐步增加，对桥梁安全检测特别是桥梁裂缝检测的需求己经上升到了一个新的高度。传统的人工检测方法不仅工作危险性大、作业成本高，而且工作效率低、检测结果可靠性低。因此，有必要提出新的可视化裂缝检测方法完成桥梁健康评估。
1.公路桥梁裂缝成因及危害
裂缝是由于混凝土结构在内外因素的作用而产生的物理结构变化。混凝土本身缺点有：1）自重大；2）收缩变形大；3）抗拉强度低等。因此，在各种自然和非自然要素相互作用下极易导致裂缝的产生。裂缝的出现是混凝土建筑物承载能力、耐久性及防水性降低的主要原因。关于裂缝的形成原因，大致可分为以下几种：
1.1荷载引起的裂缝
是指由外部载荷引起的直接应力或者次生应力产生的裂缝。
1.2温度变化引起的裂缝
是指由年温差、突然降温、日照、水化热等引起温度变化导致混凝土产生裂缝。具体形成过程是混凝土结构会随着温度发生相应的形变，在约束下便可形成结构应力，如果因变形产生的应力超过了混凝土本身的抗拉强度时，那么就会造成温度裂缝的产生。
1.3收缩造成的裂缝
是指由塑性收缩、缩水收缩、自身收缩和碳化收缩等引起的混凝土体积变化从而产生裂缝。收缩裂缝基本上属于表面裂缝一类，特点是裂缝宽度较细，且纵横交错，形状没有任何规律。此类裂缝是混凝土裂缝中最常见的一种。
1.4地基变形产生的裂缝
是指地基因为基础竖向的沉降不均匀或水平方向存在位移时，会产生附加应力。当这种应力大小超过混凝土抗拉力时，就会产生结构开裂。
1.5钢筋锈蚀产生的裂缝
是指钢筋长期裸露在空气中，其表面氧化膜遭到破坏，锈蚀物的体积会增加。这种体积的增大会产生膨胀应力，造成混凝土保护层裂开，从而产生裂缝。
1.6冻胀作用造成的裂缝
是指气温低于0°C的情况下，混凝土会出现冰冻作用，这样就会造成混凝土体积的膨胀，产生相应的应力。在混凝土强度过低的情况下，就会导致裂缝的出现。
2.基于正摄数字视频的桥梁裂缝检测构架
2.1桥梁数字图像采集
根据桥梁受力特性，确定荷载最不利区域作为监测区域。首先，在监测区域内粘贴一定数量的棋盘格标定板；然后，由数字摄像机拍摄监测区域，并将拍摄到的视频通过网络传送到指定的服务器；最后，计算机自动提取某一时刻的视频作为桥梁裂缝图像。当条件受限时，可用数码相机人工定期拍摄桥梁监测区域，将拍摄的图像复制到指定的服务器。
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2.2 图像处理
原始的桥梁裂缝图像是真彩色RGB图像，而后续的桥梁裂缝识别和裂缝计算是在灰度图像上进行的，且图像中存在一定的噪声。灰度值差异是桥梁图像裂缝识别技术的重要基础，也就是在裂缝处图像的灰度值会发生跳变，形成图像边缘。桥梁裂缝图像 是对裂缝状态的一种可视化的定性表达，必须对图像进行灰度转化、滤波除噪、边缘检测等一系列处理，并求解出图像的像素率，才能定量地描述桥梁的裂缝状况。
2.3桥梁裂缝计算
桥梁裂缝图像经过处理后，可计算出裂缝的像素宽、像素周长、像素面积等信息。裂缝像素周长可通过统计图像中裂缝相邻边缘点的距离求得，裂缝像素面积可通过统计图像中裂缝边缘线包含的像素点求得，然后通过像素率得到裂缝的实际周长和面积。裂缝宽度是桥梁检测评价的重要指标，不能直接通过统计像素点求得。
2.3.1特殊裂缝像素宽度计算
当裂缝方向为水平或垂直时，称这种裂缝为特殊裂缝。水平裂缝可通过桥梁裂缝图像每列中的最上面一个边缘检测点和最下面一个边缘检测点的位置，求出对应的裂缝像素宽，取最大值作为裂缝像素宽值，垂直裂缝的算法与水平裂缝相似。
2.3.2—般裂缝像素宽度计算
通常情况下，桥梁裂缝图像中裂缝方向为不规则曲线。经处理后的桥梁裂缝图像为行列的离散点像素矩阵，利用矩阵和裂缝的有关特性可计算出裂缝的像素宽度、裂缝上边缘线、裂缝实际宽、裂缝中心线、边缘线裂缝垂直宽等。
3.数字图像检测混凝土裂缝中存在的问题
尽管数字图像的桥梁裂缝自动检测系统取得了一定成绩，但还存在很多问题如下：第一，桥梁所处环境复杂，基于数字图像处理的桥梁裂缝检测主要集中在公路桥梁上，对于环境复杂的桥梁并不一定适用；第二，研究多集中在对桥梁裂缝图像的采集，对于如何进行裂缝的参数识别，还没有足够深入的研究；第三，桥梁底面存在大量噪声，裂缝信息难以识别，目前的裂缝检测算法都存在一定的缺陷。
4.未来数字图像检测裂缝技术改进方向
基于数字图像的自动检测技术是混凝土裂缝检测的发展趋势，具有广泛的应用前景，但是还有不少有待完善和改进之处：
第一，急需建立科学完善的公路破损分析和评价系统，将破损形式、类别、等级及地点等传回系统，做到检测与修补的规范化和标准化。
第二，针对特殊情况下（长距离、高速铁路隧道，跨山、跨河而建的桥梁等）的裂缝，现有自动检测方法在图像采集与目标提取方面较为困难，需要一种不同于公路检测且快速准确的裂缝检测系统。
第三，现有裂缝自动检测方法的数据采集率和准确率有待进一步提高，裂缝信息采集及自动检测有待进一步智能化和实时化。
第四，针对检测指标单一、检测算法不具有通用性的不足，今后应致力于研究功能更全面、检测效果更好的混凝土裂缝自动检测系统。
此外，基于数字图像的三维重构技术的裂缝自动检测具有更稳定的性能和更高的检测精度，可作为未来的重点研究方向之一。
结语 混凝土裂缝检测的硬件设备功能有待进一步完善，且准确度和实时性等方面还未达到满意的效果，检测算法尚存在精度与速度的矛盾。不难预测，研究实时、高效、功能全面的裂缝检测系统与基于数字图像的三维重构技术的裂缝自动检测是未来混凝土裂缝检测发展的重要方向之一，具有良好前景，值得应用推广。
参考文献
[1]高飞.道路综合信息采集系统的研究与实现.中国信息技术，2017年第12期.
论文作者:刘冬
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/6
标签：裂缝论文; 桥梁论文; 混凝土论文; 图像论文; 像素论文; 应力论文; 是指论文; 《建筑学研究前沿》2018年第8期论文;