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基于手机传感器的道路裂纹类型识别方法.pdf

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基于 手机 传感器 道路 裂纹 类型 识别 方法
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摘要
申请专利号:

CN201611230300.4

申请日:

2016.12.28

公开号:

CN106683088A

公开日:

2017.05.17

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):G06T 7/00申请日:20161228|||公开
IPC分类号: G06T7/00(2017.01)I; G06T7/11(2017.01)I; G06T7/187(2017.01)I; G06T7/73(2017.01)I 主分类号: G06T7/00
申请人: 西北工业大学
发明人: 於志文; 孔莹莹; 陈荟慧; 郭斌; 王柱
地址: 710072 陕西省西安市友谊西路127号
优先权:
专利代理机构: 西北工业大学专利?#34892;?61204 代理人: 王鲜凯
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法律状态
申请(专利)号:

CN201611230300.4

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.06.09|||2017.05.17

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

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?#22411;?#20687;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%。

权利要求书

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?#20132;obel算子锐化和灰度预
处理,然后使用OTSU算法进?#22411;?#20687;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?#36879;?#34432;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:
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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。

说明书

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?#25105;?#30340;,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?#25105;?#30340;,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?#22411;?#20687;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?#20132;obel算子锐化和灰
度预处理,然后使用OTSU算法进?#22411;?#20687;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?#36879;?#34432;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?#22411;?#20687;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?#22411;?#20687;处理。首先对照片进?#22411;?#20687;预处
理,包括中值滤波?#20132;obel算子锐化、灰度处理,然后使用OTSU算法进?#22411;?#20687;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?#36879;?#34432;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。

关于本文
本文标题:基于手机传感器的道路裂纹类型识别方法.pdf
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