ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HẢI DƢƠNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ NỨT MẶT ĐƢỜNG BÊ TÔNG NHỰA DỰA VÀO XỬ LÝ ẢNH HAI CHIỀU ( 2D) Chuyên ngành: Xây dựng đƣờng ô tô và đƣờng thành phố Mã số ngành: 60.30 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH THÁNG 09 NĂM 2015 CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP. HCM Cán bộ hƣớng dẫn khoa học 1: TS.LÊ ANH THẮNG Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. CHU CÔNG MINH Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. NGUYỄN QUỐC HIỂN Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.
HCM, ngày 12 tháng 09 năm 2015. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. LÊ BÁ KHÁNH 2. CHU CÔNG MINH 3.
NGUYỄN QUỐC HIỂN 4. NGUYỄN MẠNH TUẤN 5. ĐẶNG ĐĂNG TÙNG CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – – ---------------- : Nguyễn Hải Dƣơng : 12144571 : 06/08/1988 Nơi sinh : Bình Định : : 60. xử lý ảnh hai chiều (2D) II.
Luận văn nhằm nghiên cứu đánh giá vết nứt mặt đƣờng bê tông nhựa dựa vào xử lý hình ảnh để tăng hiệu quả trong việc đánh giá xữ lý hƣ hỏng mặt đƣờng trong quá trình khai thác ở Việt Nam và ứng dụng trong thực tế trên tuyến đƣờng QL57 nối Vĩnh Long và Bến Tre. Nhiệm vụ cụ thể: 1. Nghiên cứu tổng quan về bê tông nhựa. Nghiên cứu các dạng hƣ hỏng nứt bê tông nhựa, cách phân loại đánh giá hƣ hỏng vết nứt.
Tìm hiểu về ảnh số, cách hiển thị ảnh. Xây dựng hệ thống tính toán các thông số vết nứt dựa trên hình ảnh. Tự động hóa vẽ hƣ hỏng mặt đƣờng ii III. : Ngày 19 tháng 08 năm 2014 IV.
: Ngày 10 tháng 09 năm 2015 V. LÊ ANH THẮNG TP. HCM, ngày 10 tháng 09 năm 2015 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN TS. LÊ ANH THẮNG CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TRƢỞNG KHOA KT XÂY DỰNG iii LỜI CẢM ƠN Qua thời gian học tập và nghiên cứu tại Trƣờng Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, Em đã đƣợc học tập và nghiên cứu trong môi trƣờng hiện đại, đầy đủ tiện nghi; đƣợc các Thầy cô nhiệt tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu.
Những kiến thức đó giúp em vận dụng vào cuộc sống, công việc của mình, đồng thời nó cũng không thể thiếu để giúp Em hoàn thành Luận văn. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Nhà trƣờng và tất cả quý Thầy cô. Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Thầy hƣớng dẫn Luận văn, Thầy TS. Lê Anh Thắng, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ cho em những kiến thức sâu rộng trong suốt quá trình thực hiện Luận văn.
Sự quan tâm chỉ bảo và hƣớng dẫn thƣờng xuyên của các Thầy là động lực rất lớn giúp Em hoàn thành tốt Luận văn. Xin cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp - những ngƣời đã không ngừng động viên, ủng hộ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho Em trong suốt quá trình học tập và thực hiện hoàn thành Luận văn của mình. Xin chân thành cảm ơn! TP. HCM, tháng 09 năm 2015 NGUYỄN HẢI DƢƠNG iv TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ NỨT MẶT ĐƢỜNG BÊ TÔNG NHỰA DỰA VÀO XỬ LÝ ẢNH HAI CHIỀU ( 2D) Hiện nay ở Việt Nam việc đánh giá vết nứt mặt đƣờng chủ yếu dựa vào kinh nghiệm và cảm tính của ngƣời khảo sát.
Phải kiểm tra thực tế và xác định hƣ hỏng trên đƣờng đang lƣu thông nên cực kỳ nguy hiểm, tốn nhiều công sức. Vì vậy xây dựng một phƣơng pháp đánh giá dựa vào hình ảnh là cần thiết. Hình ảnh sau khi thu thập bằng máy ảnh đƣợc đƣa vào máy tính xử lý và xuất ra kết quả. Xây dựng công cụ hỗ trợ xuất bản vẽ duỗi thẳng dựa vào số liệu lý trình.
Bƣớc đầu chỉ mới thực hiện trên từng ảnh đƣa vào, chƣa tự động hóa xữ lý video và đánh dấu lý trình vị trí hƣ hỏng. v SUMMARY OF THESIS Topic RESEARCH AND EVALUATION OF ASPHALT CONCRETE BROKEN ROAD SURFACE TREATMENT BASED ON TWO-WAY PHOTOS ( 2D ) Currently in Vietnam to assess pavement cracks are mainly based on the experiences and sentiments of the people surveyed. Must examine and determine the actual damage being circulated on the road extremely dangerous and laborious. So build an evaluation method based on the image as necessary.
After collecting images with the camera is put into a computer to process and output the results. Develop tools to support manufacturing drawings straighten based on data to be submitted. Initially just implemented on each image inserted, no automated tools for treating video and mark the location of damage. vi LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật “NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ NỨT MẶT ĐƢỜNG BÊ TÔNG NHỰA DỰA VÀO XỬ LÝ ẢNH HAI CHIỀU (2D)” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi.
Các số liệu trong luận văn là số liệu trung thực. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nội dung của luận văn này. HCM, tháng 09 năm 2015 NGUYỄN HẢI DƢƠNG Học viên cao học khóa 2012 Chuyên ngành: Xây dựng đƣờng ô tô và đƣờng thành phố Trƣờng Đại học Bách Khoa TP. vii MỤC LỤC CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG.
Giới thiệu chung về đề tài. Tính cấp thiết của đề tài. Phạm vi nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu.6 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN.
Các phƣơng pháp nhận dạng vết nứt dựa vào hình ảnh. Đại cƣơng về Bê tông nhựa và mặt đƣờng Bê tông nhựa .10 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ NGHIÊN CỨU. Giới thiệu ảnh số. Ảnh nhị nhân.
Biểu diễn ảnh số. Phân ngƣỡng nhị phân. Thuật toán k-Nearest Neighbours. Phƣơng pháp nhị phân hóa kết hợp k-Nearest Neighbours.
Nhận dạng vết nứt bằng thuật toán máy học Support Vector Machine (SVM). Trình bày tóm tắt về phân lớp dữ liệu. Giới thiệu thuật toán Support Vector Machine. Ý tƣởng của phƣơng pháp.
Bài toán nhiều phân lớp với SVM .26 viii CHƢƠNG 4: THU THẬP SỐ LIỆU ĐÁNH GIÁ HƢ HỎNG TRÊN QL57. Giới thiệu chung địa điểm nghiên cứu - QL57. Quá trình thu thập dữ liệu. Các dạng nứt bê tông nhựa trên tuyến đƣờng:.37 CHƢƠNG 5: XỮ LÝ ẢNH NỨT MẶT ĐƢỜNG.
Phân loại vết nứt. Phƣơng pháp xử lý ảnh nứt đơn. Phân đoạn vùng nứt. Áp dụng phƣơng pháp nhị phân hóa hết hợp thuật toán kNN.
Trích xuất vùng chứa vết nứt. Tính chiều dài và bề rộng vết nứt. Phƣơng pháp xử lý ảnh nứt đa chiều. Thuật toán Level Set.
Áp dụng thuật toán Level Set vào bài toán đánh giá vết nứt đa chiều .66 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. Hƣớng phát triễn của đề tài .72 PHỤ LỤC I: CHƢƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG .73 ix PHỤ LỤC II: TỰ ĐỘNG HÓA THỂ HIỆN BẢN VẼ HƢ HỎNG MẶT ĐƢỜNG .75 TÀI LIỆU THAM KHẢO .93 x DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Hình ảnh Kỹ sư kiểm tra hiện trạng mặt đường .2: Xe kiểm tra mặt đường ARAN.3: một dạng xe kiểm tra mặt đường của Đức PPS .3: Đồ thị mức sáng của vết nứt .3: Ảnh nhị phân biểu diễn dưới dạng số .4: Hình ảnh phân ngưỡng .5: Hình ảnh nhị phân hóa .6 : Thuật toán k-nearest neighbours .7 : Minh họa thuật toán phân ngưỡng nhị phân kết hợp kNN .8: Ví dụ xây dựng mô hình .9: Sử dụng mô hình .10: Siêu phẳng phân chia dữ liệu học thành 2 lớp với khoảng cách biên lớn nhất. Các điểm gần nhất (điểm được khoanh tròn) là các Support Vector.11: Phân tách theo siêu phẳng (w,b) trong không gian 2 chiều của tập mẫu .12: Siêu phẳng tối ưu .1: Bình đồ đoạn tuyến khảo sát .2: Thu thập ảnh vết nứt .3: Hình ảnh theo phương vuông góc.4: Hình ảnh quá trình khảo sát trên tuyến đường QL57 .6: Mô phỏng các dạng nứt do mỏi .7: Nứt trung bình .10: Mô phỏng các dạng nứt dọc .11: Hình ảnh vết nứt dọc .12: Mô phỏng các dạng nứt ngang .13: Hình ảnh vết nứt ngang .14: Mô phỏng các dạng nứt mảng .15: Nứt mảng khối lớn .1: Sơ đồ xữ lý vết nứt mặt đường .2: Hình ảnh các vết nứt được phân loại chính xác theo thứ tự lớp I, II, III .3: Hình ảnh vết nứt tiêu biểu.4: Hình ảnh sau khi nhị phân với thuật toán đề xuất (bên trái) và thuật toán phân ngưỡng cổ điển với cùng một ngưỡng (bên phải) .5: Hình ảnh nhiễu.6: Hình ảnh sau khi khử nhiễu .7: Hình ảnh tìm tâm vùng liên thông có diện tích lớn nhất .8: Hình ảnh trích xuất vết nứt .9: Hình ảnh các vết nứt nhỏ được tách ra từ vùng ảnh được trích xuất.10: Chia nhỏ vết nứt ngang.11: Hình ảnh các vết nứt dọc từ vùng ảnh được trích xuất được chia nhỏ ra .12: Hình ảnh các vết nứt ngang và dọc.13: Hình ảnh nhiễu không gây ảnh hưởng đến quá việc tìm đường nối tâm.14: Hình ảnh nhiễu gây ảnh hưởng đến quá việc tìm đường nối tâm.15: Ảnh hưởng nhiễu bị loại bỏ.16: Phương pháp tính bề rộng tại một điểm.17: Mô tả từng bước thuật toán xử lý ảnh nứt ngang.18:Mô tả từng bước thuật toán xử lý ảnh nứt dọc.19: một số hình ảnh kết quả.20: Mô hình thuật toán .21: Hình ảnh vết nứt đa chiều tiêu biểu .22:Mô tả từng bước thuật toán xử lý ảnh nứt đa chiều số 1.23:Mô tả từng bước thuật toán xử lý ảnh nứt đa chiều số 2.1: Hình ảnh giao diện chương trình .74 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: tỷ lệ tăng trưởng của tải trọng và lưu lượng xe khu vực Nam bộ .1 Bảng 1-2: So sánh chi phí sửa chữa theo đơn giá tháng 4/2015 Vĩnh Long .3 Bảng 5-1: Bảng dữ liệu ảnh huấn luyện và thử .41 Bảng 5-2: Kết quả phân loại .44 Bảng 5-3: Bảng kết quả tính toán mẫu thử nứt đơn .62 Bảng 5-4: Bảng kết quả tính diện tích nứt đa chiều .70 Bảng 0-1: Bảng chi tiết nút thực hiện chương trình .73 1 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1. Giới thiệu chung về đề tài Sự tăng trƣởng nhanh của nền kinh tế trong những năm gần đây kéo theo tăng rất nhanh về lƣu lƣợng và tải trọng trên đƣờng.
Kết cấu mặt đƣờng bê tông nhựa đƣợc sử dụng rộng rãi, chiếm trên 80% diện tích mặt đƣờng ở Nam bộ và là sự lựa chọn hàng đầu khi thiết kế các công trình đƣờng cao tốc và đƣờng cấp cao khác. Thời gian qua giao thông đƣờng bộ đã có nhiều tiến bộ vƣợt bậc về khoa học kỹ thuật, trình độ xây dựng cầu đƣờng của chúng ta đã đạt đến mức độ tiên tiến trong khu vực.
