橋梁是保證道路通暢的重要因素之一，近幾年隨著交通網絡覆蓋領域增大，受地形（xíng）及地域因素的影響，各式公路橋梁的數目也逐漸增多（duō）；橋梁交通流量的增加對橋梁狀態的（de）實時性監（jiān）測的需求頗為迫切，橋梁的養護計劃也依托檢測（cè）出的狀態加以（yǐ）確定。

橋梁外觀的檢測（cè）主要涉及橋麵的鋪裝、防撞護欄、上部（bù）的橋梁結構及下部的橋墩橋（qiáo）台（tái）等。而（ér）橋梁養護（hù）多以橋梁的外觀檢測為基礎，並貫穿於整個運營期。例如橋梁檢測人員通過目測橋梁表麵的凹坑、麻麵（miàn）等來判（pàn）斷是否需要進行養護（hù），並且采（cǎi）取（qǔ）何種力（lì）度的處治方式；利用簡單儀器檢測橋麵是（shì）否發（fā）生超過安全限度的位移等。這些（xiē）傳統（tǒng）的橋梁外觀檢測（cè）方法需要大量技術人（rén）員參與，成本較高、實時性差，且（qiě）檢測時會對交通產生一定的阻礙。2007年8月1日I-35W密西（xī）西（xī）比大橋曾發生由於養護不足而突然（rán）坍塌的事故，由此可見,養護工作在橋梁服（fú）役周（zhōu）期（qī）內至關（guān）重要，故亟需研發出可實時且準確檢測橋梁外觀（guān）的新技術。

近年來，計算機技術的突飛猛進使得圖像識別再次進入大（dà）眾的視野，也給各（gè）行業研究人員新的啟發，圖像識別在醫學、航天等領域的成功應用更增添了人們的信心。本文在傳統橋梁外觀檢測方法的基礎上，提（tí）出基於圖像識別的外觀（guān）檢測新技術，將會有效推動公（gōng）路（lù）橋梁（liáng）檢測技術的進（jìn）步。

目測（cè）是傳統橋（qiáo）梁外觀檢測常用的方法。該（gāi）方法對承擔該項任務的人員的知識經驗要求較高，需要政府投入較多的人力及資金，而且檢測作業（yè）的安（ān）全難以受到保障。受橋梁結構的影響，人（rén）工（gōng）檢測的盲區較多，例如裂縫通常分為顯性（xìng）與隱（yǐn）形，由於觀測隱形裂縫比較困難，會使技（jì）術（shù）人員忽視對該部分的養護工（gōng）作，從而給橋梁（liáng）安全（quán）埋下隱患。橋梁檢測（cè）車也在橋梁檢（jiǎn）測（cè）過程中發揮（huī）一定作用，但因受市場範（fàn）圍的（de）限製，目前對其研究投入較少，對它的使用壽（shòu）命亦無明確的規定（dìng），導（dǎo）致企業對橋梁檢測車的維護不（bú）夠充分，在實際檢測作業中易發生事故；因其體積較大，當其作業（yè）時需要封閉部（bù）分交通；此外，由於結構設（shè）計的影響，它（tā）檢測時也存在較大盲區。GPS技術則主要用於橋梁外觀檢測中的變形檢測（cè），但（dàn）受限於其（qí）精度，無法（fǎ）捕捉一些間（jiān）隔較短的形（xíng）變信息；而光纖傳感器易受環境因素的影響，難以實現（xiàn）長期監測。

隨（suí）著近（jìn）幾年攝像機精度的大幅提升，對激光雷達等儀器設備（bèi）的研究不（bú）斷深入（rù），橋梁檢測中（zhōng）出現了無損檢測，並開始在此方向（xiàng）上繼續（xù）探索。無損（sǔn）檢測，顧名思義即在進（jìn）行檢測工作時並未對被檢物（wù）體造成損（sǔn）傷，目前所適用的主要設備為激（jī）光雷達、傳感（gǎn）器及超聲波等，本文所介紹的（de）圖（tú）像檢測（cè）亦（yì）屬此列（liè）。當攝像機進行檢測時無（wú）須接觸橋梁，更不會對橋梁造成（chéng）損傷，且無必要根據不同的（de）檢測內容更換相（xiàng）機設備。而激光雷達一般隻在橋梁的厚度或密度檢測時才能（néng）發揮良好的效果；由於道（dào）路橋梁環境複（fù）雜（zá），超（chāo）聲（shēng）波檢測出的結果易受幹擾，致使結果不準確或難以分析；傳感器檢測技術則對與之配合使用的轉換裝置提出較高要求。

圖1 正在（zài）實施檢測的（de）橋梁檢測車

近年來智能檢測技術得到不斷發展，與傳統檢測方法的最大差異在於，本文所述的圖像檢測技術可以實施無（wú）接觸（chù）檢測，在（zài）檢查裂縫及變形時未破壞部分橋（qiáo）梁的結構；而與其他無損檢測法相比，該方法適用於各種材質，降低了（le）投資成本。實時（shí）性（xìng）強的圖像檢測的原（yuán）理是利用圖像處理與模式識別等領域的理論（lùn）和方法，借助各種視覺傳感器采集（jí）數據檢測出圖像中存在的目（mù）標對象，並通過有線和無線傳輸的方（fāng）式送（sòng）至算（suàn）法端。軟件算法部分在完成了相機標（biāo）定後依靠內置各種（zhǒng）算法（fǎ）對數據進行（háng）處理，確定這些目標對象的語義類別（bié），並標定出目標對象在圖像中的位置或識別其特征，從而實現對橋梁的檢測。圖像檢測技術具有（yǒu）省時高效、性價比高（gāo）、檢測盲區（qū）少且準確性高的優點，已逐步（bù）應用於各行（háng）各業中。

目前常（cháng）用於工業中的攝像機有單目、雙目及單反三種類型，圖像技術首先利用（yòng）攝像機采集（jí）橋梁外觀圖像，並建（jiàn）立串聯的相機網絡，將相機采集到的圖像信息利用有線或無（wú）線傳遞（dì）到雲端。而人為檢測的主觀性較大，不同的技術人員（yuán）針對（duì）同（tóng）一個圖形得到的信息結果會存有差異，不（bú）利於對橋梁結構狀態（tài）進行準確評估。各種圖（tú）像處理方法為橋梁病害的測定打開了新思路，通過對相機進行標定，然後依據圖像信息將橋梁部分結構（gòu）外觀（guān）重建三維模型。針對不同問（wèn）題采（cǎi）用不（bú）同算法進（jìn）行特征檢測，並與正常狀況下的特征進（jìn）行匹配，進而得出需檢測部位的特征狀態，達（dá）到圖像檢測（cè）的效果（guǒ），其具體流程原理如（rú）圖2所示。硬件設備（bèi）相機的類型根據實（shí）際檢測的內容及檢測位置加以選擇，對其（qí）精度亦提出較高要求，若精度偏低則會（huì）導致所得到的圖像信息提取困難，而選取合（hé）適的相機標定方法也至關（guān）重要。

圖2 圖像法檢測橋（qiáo）梁外觀原（yuán）理圖

因目前橋梁多為鋼筋混凝土材質，較易出現裂縫，且橋梁裂縫檢測中所用的裂縫邊緣檢測、閾值（zhí）分割、圖像噪聲處理、裂縫鏈（liàn）接等精細化處理及算法,也是用圖像識別技（jì）術進行檢測的核心部分，故（gù）本文（wén）以橋梁裂縫檢（jiǎn）測為例，對該項新技術加以探討。微小的裂縫在短時間內對橋梁的安全性影響（xiǎng）不大，但裂縫（féng）具有延展性，若不及時對其進（jìn）行養護，隨著時（shí）間推（tuī）移裂縫會逐（zhú）漸（jiàn）增大,進而危害橋梁行車安全。另外傳統檢測方法存在盲區，部分橋梁的結構狀態難於觀測，極易（yì）埋下安全隱患。根據使用（yòng）圖像技術開展橋梁裂縫檢測的流程（如圖（tú）4所示），首先利用高精度攝像機獲取橋梁各部分表麵圖像，通過閾值分割識別、邊緣檢測識別、種子遊走識別、基（jī）於頻域的（de）橋（qiáo）梁裂縫識別或基於（yú）卷積神經（jīng）網絡的識別等（děng）算法（fǎ），檢測出圖像中的裂縫輪廓（kuò）。隨（suí）後（hòu）擬合出裂縫的邊緣線，進而計算出裂縫的周長、麵積和寬度。相關（guān）技術人員將以此為依（yī）據，將裂縫寬度等數據（jù）與養護（hù）標準進行對照，從而有針對性地製定出準確合理的養（yǎng）護計（jì）劃。

圖3 實時采（cǎi）集橋梁表麵圖像信息