Método de identificação automática da área danificada da estrutura da ponte com base em imagem digital

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12532 (2023) Citar este artigo

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É de grande valor científico e prático utilizar meios técnicos eficazes para monitorizar e alertar os danos estruturais das pontes em tempo real e durante um longo período de tempo. Os modelos tradicionais de rede de reconhecimento de imagem são frequentemente limitados pela falta de imagens no local. A fim de resolver o problema de reconhecimento automático e aquisição de parâmetros em imagens digitais de estruturas de pontes na ausência de informações de dados, este artigo propõe um método de identificação automática para áreas danificadas em estruturas de pontes com base em imagens digitais, que efetivamente alcança contornos e caracterização quantitativa. de áreas danificadas na estrutura da ponte. Primeiramente, são definidas as características da imagem digital da área danificada da estrutura da ponte. Ao fazer pleno uso do recurso de que o valor do pixel da área danificada é obviamente diferente daquele da imagem circundante, é proposto um método de pré-processamento de imagem da área danificada da estrutura que pode efetivamente melhorar a qualidade da imagem tirada em campo. Em seguida, um método Ostu aprimorado é proposto para fundir organicamente as características de limite global e local da imagem para obter o contorno da área danificada da imagem da superfície da estrutura da ponte. A escala da área danificada, a proporção da área danificada e a regra de cálculo da orientação da área danificada são construídas. A inspeção principal e o diagnóstico de parâmetros característicos da área de danos à estrutura da ponte são realizados. Finalmente, testes e análises são realizados em combinação com um caso de projeto real. Os resultados mostram que o método proposto neste artigo é viável e estável, o que pode melhorar a precisão da medição da área danificada da estrutura da ponte atual. O método pode fornecer mais suporte de dados para a detecção e manutenção da estrutura da ponte.

A ponte desempenha um papel de liderança muito importante no desenvolvimento económico nacional, o que pode trazer enormes benefícios económicos e sociais ao país, pelo que o país presta grande atenção à utilização segura da ponte1. No entanto, devido à erosão do ambiente natural, ao envelhecimento dos materiais de construção, ao efeito de fadiga da própria ponte e a outros factores adversos, a resistência da ponte diminuirá inevitavelmente, o que levará ao declínio da capacidade de resistir a desastres naturais e até mesmo ao ambiente normal. Em casos extremos, pode causar acidentes catastróficos2. A estrutura da ponte é uma parte importante da construção da infra-estrutura de um país. O Bridge torna possível a comunicação frequente entre diferentes regiões. Porém, sob a influência de múltiplos fatores ambientais, com o aumento do tempo de serviço, a estrutura da ponte apresentará diferentes graus de danos estruturais. A estrutura da ponte é diferente dos edifícios públicos em geral. Se a ponte desabar ou se houver falta de segurança no uso, isso trará grandes prejuízos ao nosso país e as pessoas trarão enormes prejuízos, por isso a estrutura da ponte precisa manter um alto estado de segurança, e a frequência de manutenção também é maior que a de geral edifícios públicos3. A fim de garantir a aplicabilidade, segurança e durabilidade da ponte em estado normal de operação, é necessário adotar meios técnicos eficazes para realizar monitoramento em tempo real e de longo prazo e alerta precoce para os danos estruturais da ponte, de modo a fornecer base científica para avaliação de segurança de estruturas de pontes4,5,6.

Com a conclusão de muitas vias expressas, a estrutura da ponte está se tornando cada vez maior. O uso de viaduto, ponte de viga contínua e ponte de estrutura rígida contínua faz com que a inspeção da ponte se torne um trabalho demorado e trabalhoso. Na manutenção de pontes de concreto, a detecção de áreas danificadas é uma das importantes etapas de inspeção e diagnóstico de estruturas de pontes. Normalmente, fissuras superficiais de pontes podem ser usadas para avaliar a capacidade de suporte, a estanqueidade e a vida útil de estruturas de concreto. No ensaio de flexão com carga estática da ponte, a detecção de fissuras na parte inferior da viga é realizada manualmente. A detecção de visão artificial depende da experiência e do nível de habilidade do operador, o que é demorado e de baixa segurança, por isso é difícil avaliar objetivamente o efeito da detecção. A detecção automática da área danificada na imagem da superfície da ponte é muito eficaz em testes não destrutivos7. A detecção regular de fissuras em vigas também pode ser usada para avaliar a segurança e confiabilidade da estrutura de pontes de concreto e prevenir acidentes. A detecção manual tradicional é ineficiente e afeta o bom fluxo do tráfego rodoviário. É um método de detecção em tempo real, não destrutivo, de alta precisão e baixo custo para encontrar doenças na placa inferior da superestrutura da ponte, usando tecnologia de processamento de imagem para analisar as imagens da estrutura da ponte. Atualmente, existem conjuntos completos de equipamentos que utilizam este método ou princípio em outras áreas, mas esses equipamentos são em sua maioria desenvolvidos no exterior e caros. Além disso, devido à diversidade e incerteza das doenças-ponte, o algoritmo no processo de detecção de doenças ainda necessita de mais pesquisas.