基于手机传感器的道路裂纹类型识别方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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％。

Road crack type recognition method based on mobile phone sensor

The invention discloses a road crack type identification method based on a mobile phone sensor, which is used to solve the technical problem that the existing road crack type identification method has poor practicability. The technical solution is to first use smart phones to take photos of road cracks, to collect cracks, photos and mobile phone sensor data when taking photos. Then the collected crack photos are processed. Then, the crack in the coordinate of the mobile phone is transformed into the world coordinate system, and the crack direction in the world coordinate system is calculated. Calculate the direction of the road where the crack is located. The type of linear crack is determined by the angle between the crack and the direction of the road. If the angle is less than 45 degrees, the crack type is vertical crack, otherwise the crack is transverse crack. The invention does not need a special crack detection vehicle to photograph the crack, and uses the intelligent mobile phone to photograph the road crack, and the utility model has the advantages of good practicability, and the accurate rate of identifying the crack type reaches 90.1%.

【技术实现步骤摘要】
基于手机传感器的道路裂纹类型识别方法
本专利技术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。
技术介绍
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，本专利技术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。
技术实现思路
为了克服现有道路裂纹类型识别方法实用性差的不足，本专利技术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。本专利技术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％。本专利技术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。本专利技术的有益效果是：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。本专利技术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专利技术作详细说明。附图说明图1是本专利技术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。本专利技术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。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：於志文，孔莹莹，陈荟慧，郭斌，王柱，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61