一种基于交通监控图像的道路与桥梁地震损伤及通行能力快速评估方法

本发明属于地震工程、交通工程和计算机视觉技术的交叉领域，特别是涉及一种基于交通监控图像的道路与桥梁地震损伤及通行能力快速评估方法。

背景技术：

1、地震发生后，道路交通基础设施可能出现多种形式的损伤。道路路段可能发生路面开裂、塌陷、错台、隆起以及边坡崩滑堆积等破坏；桥梁节点则可能出现桥面系破坏、梁体错位、支座异常、桥墩或桥台开裂与倾斜、局部坍塌等震害。道路与桥梁共同决定震后交通网络的连续性和可达性，其损伤状态及剩余通行能力直接影响人员疏散、应急救援和物资运输效率。

2、现有道路交通系统震后损伤评估主要依赖人工现场巡查、专家判读或多源信息综合判断。该类方法虽然能够反映局部设施状态，但在灾后道路阻断、通信受限、余震和恶劣天气等复杂条件下，通常存在响应速度慢、人工成本高、主观性强以及覆盖范围有限等问题，难以满足大范围道路与桥梁节点的快速排查需求。

3、随着城市道路监控网络和桥梁重点部位监控设备的建设，交通摄像机已广泛布设于道路交叉口、桥梁、隧道及重点路段。该类设备具有在线连续采集、空间位置明确、数据回传及时和便于集中管理等特点，可在地震后快速获取图像或视频信息，为基于监控图像的道路与桥梁震后损伤识别及通行能力评估提供数据基础。然而，交通监控图像通常存在视角变化、尺度不统一、遮挡、低照度、雨雾、视频压缩和背景干扰等问题，导致现有模型在真实灾后场景下容易产生识别性能下降或严重损伤低估。

4、综上所述，提出一种基于交通监控图像的道路与桥梁地震损伤及通行能力快速评估方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种基于交通监控图像的道路与桥梁地震损伤及通行能力快速评估方法，以解决针对现有地震后道路与桥梁损伤评估中人工巡查响应慢、覆盖有限，图像识别方法对复杂成像条件适应性差，以及缺乏统一评估框架的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，提供一种基于交通监控图像的道路与桥梁地震损伤及通行能力快速评估方法，包括：

3、包括以下步骤：

4、s1、根据道路和桥梁损伤类型和程度，建立道路与桥梁地震损伤与通行能力的映射关系：道路ⅰ级损伤对应正常通行，道路ⅱ级损伤对应限制通行，道路ⅲ级损伤对应禁止通行；桥梁完好对应正常通行，桥梁损伤对应禁止通行；

5、s2、收集道路与桥梁震后损伤真实图像，依据s1的分级规则对图像进行类别标注，构建真实图像数据集；

6、s3、构建道路与桥梁震后损伤三维模型，通过域随机化模拟不同监控场景，生成合成图像数据集；

7、s4、构建包含所述真实图像数据集和所述合成图像数据集的联合数据集，并划分为训练集、验证集和测试集；

8、s5、建立道路与桥梁地震损伤及通行能力快速评估模型，利用s4的联合数据集对模型进行训练和评估，将待评估的监控图像输入训练好的模型，输出图像的损伤类型和程度，对应到s1的损伤分级，再根据s1的映射关系输出通行状态识别结果。

9、更进一步的，s1中，所述道路损伤类型包括道路开裂、道路塌陷、道路错台、道路隆起和边坡崩滑堆积中的至少一种；所述桥梁损伤类型包括桥面开裂、梁端位移、梁体错位、支座异常、桥墩开裂剥落、桥墩倾斜和局部坍塌中的至少一种。

10、更进一步的，s1中所述道路ⅰ级损伤为基本完好或轻微损伤，道路ⅱ级损伤为中等损伤，道路ⅲ级损伤为严重损伤或毁坏；所述桥梁完好的判定标准为桥面平顺，梁体与墩台位置关系正常，栏杆和附属设施无明显破坏；所述桥梁损伤的判定标准为桥梁主体结构或附属设施出现可见结构异常。

11、更进一步的，所述基本完好或轻微损伤的判定标准为裂缝宽度＜5cm、塌陷直径＜3cm、错台高度＜3cm、隆起高度＜3cm，或边坡未侵入行车道；

12、所述中等损伤的判定标准为裂缝宽度5～10cm、塌陷直径3～15cm、错台高度3～15cm、隆起高度3～15cm，或边坡侵入路面但剩余连续可通行带宽度≥3.5m；

13、所述严重损伤或毁坏的判定标准为裂缝宽度＞10cm、塌陷直径＞15cm、错台高度＞15cm、隆起高度＞15cm，或边坡侵入路面导致连续可通行带宽度＜3.5m。

14、更进一步的，s2中，当图像中存在多种道路损伤并存时，依据最大等级准则确定该图像的综合损伤等级；当单幅图像难以明确判定桥梁安全状态时，采用安全优先原则，将可疑结构异常样本归入桥梁损伤类别。

15、更进一步的，s3具体包括以下步骤：

16、s31、建立道路与桥梁的基础几何模型，并赋予材质；

17、s32、在所述基础几何模型上分别构建具有不同种类道路损伤类型的道路损伤模型及不同种类桥梁损伤类型桥梁损伤模型；

18、s33、引入域随机化参数，批量渲染生成合成图像数据集。

19、更进一步的，s33中，所述域随机化参数至少包括相机位置与姿态随机化、时间与光照条件随机化、天气条件随机化、物体材质随机化、背景图像随机化以及前景干扰物随机化。

20、更进一步的，s4中，构建联合数据集为依据s1中的损伤分级对真实图像和合成图像分别进行标签校核，使其均转化为桥梁损伤、桥梁完好、道路重度损伤、道路中度损伤和道路轻度损伤五类图像级标签，然后划分为训练集、验证集和测试集。

21、更进一步的，s5中，所述模型采用convnextv2作为主干网络，并引入多尺度损伤感知注意力模块和多尺度损伤特征融合分类头。

22、更进一步的，s5中，所述模型采用合成数据预训练、真实数据微调的迁移学习策略，并在训练阶段加入弱光增强样本。

23、有益效果：

24、1. 本发明以交通监控图像为主要信息源，将道路路段和桥梁节点纳入同一震后损伤评估框架，能够将监控图像中的道路与桥梁表观受损信息快速转化为工程可用的通行状态结果。

25、2. 本发明同时建立道路三级损伤分级规则和桥梁二分类损伤标签，并通过统一通行能力映射实现道路与桥梁评估结果的一致表达，适用于震后应急路线筛选、快速排查和交通管制辅助决策。

26、3. 本发明通过真实图像数据和合成图像数据联合构建训练样本，并在合成图像生成过程中引入域随机化机制，有助于缓解真实震后图像样本不足和合成数据与真实数据之间的域差距问题，提高模型对复杂监控场景的适应能力。

27、4. 本发明在模型训练中引入弱光增强策略，使模型能够更好地适应夜间低照度、噪声、模糊、视频压缩和局部阴影等成像退化条件，降低桥梁损伤和道路重度损伤被低估的风险。

1.一种基于交通监控图像的道路与桥梁地震损伤及通行能力快速评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于交通监控图像的道路与桥梁地震损伤及通行能力快速评估方法，其特征在于：s1中，所述道路损伤类型包括道路开裂、道路塌陷、道路错台、道路隆起和边坡崩滑堆积中的至少一种；所述桥梁损伤类型包括桥面开裂、梁端位移、梁体错位、支座异常、桥墩开裂剥落、桥墩倾斜和局部坍塌中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的一种基于交通监控图像的道路与桥梁地震损伤及通行能力快速评估方法，其特征在于：s1中所述道路ⅰ级损伤为基本完好或轻微损伤，道路ⅱ级损伤为中等损伤，道路ⅲ级损伤为严重损伤或毁坏；所述桥梁完好的判定标准为桥面平顺，梁体与墩台位置关系正常，栏杆和附属设施无明显破坏；所述桥梁损伤的判定标准为桥梁主体结构或附属设施出现可见结构异常。

4.根据权利要求3所述的一种基于交通监控图像的道路与桥梁地震损伤及通行能力快速评估方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的一种基于交通监控图像的道路与桥梁地震损伤及通行能力快速评估方法，其特征在于：s2中，当图像中存在多种道路损伤并存时，依据最大等级准则确定该图像的综合损伤等级；当单幅图像难以明确判定桥梁安全状态时，采用安全优先原则，将可疑结构异常样本归入桥梁损伤类别。

6.根据权利要求5所述的一种基于交通监控图像的道路与桥梁地震损伤及通行能力快速评估方法，其特征在于：s3具体包括以下步骤：

7.根据权利要求1所述的一种基于交通监控图像的道路与桥梁地震损伤及通行能力快速评估方法，其特征在于：s33中，所述域随机化参数至少包括相机位置与姿态随机化、时间与光照条件随机化、天气条件随机化、物体材质随机化、背景图像随机化以及前景干扰物随机化。

8.根据权利要求1所述的一种基于交通监控图像的道路与桥梁地震损伤及通行能力快速评估方法，其特征在于：s4中，构建联合数据集为依据s1中的损伤分级对真实图像和合成图像分别进行标签校核，使其均转化为桥梁损伤、桥梁完好、道路重度损伤、道路中度损伤和道路轻度损伤五类图像级标签，然后划分为训练集、验证集和测试集。

9.根据权利要求1所述的一种基于交通监控图像的道路与桥梁地震损伤及通行能力快速评估方法，其特征在于：s5中，所述模型采用convnextv2作为主干网络，并引入多尺度损伤感知注意力模块和多尺度损伤特征融合分类头。

10.根据权利要求1所述的一种基于交通监控图像的道路与桥梁地震损伤及通行能力快速评估方法，其特征在于：s5中，所述模型采用合成数据预训练、真实数据微调的迁移学习策略，并在训练阶段加入弱光增强样本。