一种基于爬行机器人的桥梁底板检测方法及系统与流程

本发明涉及桥梁检测，尤其涉及一种基于爬行机器人的桥梁底板检测方法及系统。

背景技术：

1、桥梁底板长期承受车辆荷载、环境侵蚀和结构变形影响，底板表面易出现裂缝、剥落、渗水和露筋病害。现有检测方式多采用人工巡检、车载检测设备或爬行机器人搭载相机采集桥梁底板图像，再利用图像识别方法提取病害区域，实现病害位置记录和状态评估。

2、爬行机器人沿桥梁底板连续移动时，轮体滑移、姿态变化和累计位移误差会造成图像对应位置偏移，单纯依据机器人运动数据确定病害位置，容易产生病害定位误差。现有图像检测方法多针对单个检测区域独立处理，缺少利用相邻检测区域内固定病害特征反向校正检测位置的处理机制，跨检测区域的同一病害容易出现重复记录、位置错位和延伸关系断裂，影响桥梁底板病害连续检测和空间定位精度。

3、因此，如何提供一种基于爬行机器人的桥梁底板检测方法及系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出一种基于爬行机器人的桥梁底板检测方法及系统，本发明采用改进seaformer模型，结合固定病害特征反向校正检测位置，完成桥梁底板病害识别、定位与连续连接，具备定位精度高、病害连续性好和检测效率高的优点。

2、根据本发明实施例的一种基于爬行机器人的桥梁底板检测方法，包括如下步骤：

3、采集桥梁底板图像和机器人运动数据，确定初始检测位置，将桥梁底板图像映射至桥梁底板坐标形成当前检测区域；

4、将首个检测区域输入改进seaformer模型，提取病害区域并骨架化，选取端点、分叉点和转折点作为病害特征点，确定病害位置和延伸方向，生成历史病害数据；

5、计算当前检测区域与前一检测区域的坐标交集，从历史病害数据筛选交集内病害特征点，映射至当前图像形成理论位置；

6、提取当前图像特征，在理论位置邻域匹配病害特征点形成实际位置，计算位移差，根据若干组位移差确定共同平移量和旋转量，生成位置校正量；

7、依据位置校正量修正初始检测位置，对当前图像特征执行反向空间变换，按纵桥向和横桥向排列校正特征，执行轴向注意力计算，生成当前病害数据；

8、依据修正后的检测位置将当前病害数据映射至桥梁底板坐标，写入历史病害数据，将当前检测区域作为前一检测区域；

9、对后续检测区域重复病害匹配、位置校正和病害数据更新，根据病害端点距离和延伸方向连接对应病害，生成桥梁底板病害检测结果。

10、可选的，所述当前检测区域的生成过程包括：

11、控制爬行机器人沿桥梁底板行进，在各采样位置采集桥梁底板图像，同步记录爬行机器人自前一采样位置至当前采样位置的行走位移和姿态；

12、以爬行机器人进入检测范围时的位置为起始位置，沿纵桥向和横桥向建立桥梁底板坐标，根据连续采样位置对应的行走位移和姿态，将各段行走位移转换至纵桥向位移和横桥向位移并进行累积，确定当前采样位置对应的初始检测位置；

13、读取图像采集装置的成像参数和图像采集装置相对爬行机器人的安装位姿，根据当前采样位置的姿态确定桥梁底板图像与桥梁底板坐标之间的空间变换关系；

14、按照空间变换关系将桥梁底板图像的像素位置转换至桥梁底板坐标，根据桥梁底板图像边界对应的桥梁底板坐标确定当前检测区域。

15、可选的，所述改进seaformer模型包括图像特征提取单元、病害位置匹配单元、共同位移提取单元、特征位置校正单元、桥向轴向注意力单元和病害数据生成单元。

16、可选的，所述生成历史病害数据包括如下步骤：

17、对首个检测区域的桥梁底板图像进行像素分类，将连续病害像素连接形成病害区域；

18、对病害区域执行迭代细化，保留病害区域的连通关系，将病害区域压缩为单像素宽度的病害骨架；

19、按照八邻域关系统计病害骨架中各骨架像素的相邻骨架像素数量，将仅具有一个相邻骨架像素的骨架像素确定为端点，将具有不少于三个相邻骨架像素的骨架像素确定为分叉点；

20、沿病害骨架的连续方向排列骨架像素，计算相邻骨架段之间的方向变化角，将方向变化角达到预设转折角阈值的骨架像素确定为转折点，将端点、分叉点和转折点组合生成病害特征点；

21、记录各病害特征点在桥梁底板图像中的像素坐标，生成病害位置，按照病害特征点之间的骨架连接关系划分病害骨架段，根据各病害骨架段首尾像素坐标差确定对应病害延伸方向；

22、将病害区域、病害特征点、病害位置和病害延伸方向按照对应关系进行关联，生成历史病害数据。

23、可选的，所述映射至当前图像形成理论位置的过程包括：

24、根据当前检测区域与前一检测区域的纵桥向坐标范围和横桥向坐标范围确定坐标交集，生成重叠区域；

25、读取历史病害数据中各病害特征点对应的桥梁底板坐标，将桥梁底板坐标位于重叠区域内的病害特征点确定为筛选结果；

26、根据初始检测位置和桥梁底板图像与桥梁底板坐标之间的空间变换关系，将筛选结果对应的桥梁底板坐标反向转换至当前桥梁底板图像的像素坐标，生成各病害特征点对应的理论位置。

27、可选的，所述生成位置校正量的过程包括：

28、对当前桥梁底板图像进行卷积映射和特征编码，生成当前图像特征，以各理论位置为中心分别建立搜索邻域；

29、对各搜索邻域对应的当前图像特征进行像素分类和骨架化，按照端点、分叉点和转折点的确定方式提取候选病害特征点；

30、读取各理论位置对应病害特征点的特征类型和病害延伸方向，从对应搜索邻域中筛选特征类型一致的候选病害特征点，比较病害延伸方向的方向差，将方向差最小的候选病害特征点对应像素坐标确定为实际位置；

31、按照理论位置与对应实际位置的坐标差计算各病害特征点的位移差，建立若干组理论位置与实际位置的对应关系；

32、对应关系执行二维刚性变换拟合，求取使理论位置转换至实际位置时整体坐标偏差最小的共同平移量和旋转量，将共同平移量和旋转量组合生成位置校正量。

33、可选的，所述当前病害数据的生成过程包括：

34、根据修正后的检测位置更新当前桥梁底板图像对应的空间变换关系；

35、根据空间变换关系，将当前病害数据中的病害特征点像素坐标转换为桥梁底板坐标，生成坐标化病害数据；

36、计算坐标化病害数据中的病害区域与历史病害数据中病害区域之间的位置距离和延伸方向差，将位置距离小于预设距离阈值且延伸方向差小于预设方向阈值的病害区域确定为关联病害区域；

37、将关联病害区域对应的历史病害数据与坐标化病害数据进行合并，更新病害特征点、病害位置和病害延伸方向；

38、将未匹配到关联病害区域的坐标化病害数据作为新增病害区域写入历史病害数据，生成更新后的历史病害数据；

39、记录当前检测区域对应的桥梁底板坐标范围，将当前检测区域更新为前一检测区域。

40、可选的，所述生成桥梁底板病害检测结果的过程包括：

41、提取关联病害区域与当前病害区域对应的病害特征点，按照桥梁底板坐标确定重复病害特征点和新增病害特征点；

42、对重复病害特征点仅保留一个记录，将新增病害特征点加入关联病害区域，更新关联病害区域对应的病害特征点集合；

43、依据更新后的病害特征点及病害特征点之间的骨架连接关系重新确定病害区域边界和病害位置；

44、根据更新后的病害骨架段确定病害延伸方向，将更新后的病害区域、病害特征点、病害位置和病害延伸方向写入历史病害数据。

45、根据本发明实施例的一种基于爬行机器人的桥梁底板检测系统，包括如下模块：

46、采集模块，用于采集桥梁底板图像和机器人运动数据，确定初始检测位置和当前检测区域；

47、病害提取模块，用于通过改进seaformer模型提取病害区域、病害特征点、病害位置和延伸方向，生成历史病害数据；

48、位置映射模块，用于计算当前检测区域与前一检测区域的坐标交集，筛选病害特征点并生成理论位置；

49、校正量生成模块，用于匹配理论位置与实际位置，根据多组位移差确定共同平移量和旋转量，生成位置校正量；

50、病害生成模块，用于修正初始检测位置并校正当前图像特征，执行桥向轴向注意力计算，生成当前病害数据；

51、病害更新模块，用于将当前病害数据映射至桥梁底板坐标，更新历史病害数据和前一检测区域；

52、结果输出模块，用于连接后续检测区域中的对应病害，生成桥梁底板病害检测结果。

53、一种芯片，所述芯片设置于爬行机器人内部，所述芯片包括可编程逻辑电路和计算机程序，当所述芯片运行时，能够实现一种基于爬行机器人的桥梁底板检测方法。

54、本发明的有益效果是：

55、（1）本发明通过爬行机器人连续采集桥梁底板图像和机器人运动数据，将桥梁底板图像映射至统一桥梁底板坐标，利用相邻检测区域中的病害特征点反向修正检测位置，降低机器人滑移、姿态变化和累计位移误差对病害空间定位造成的影响，提高桥梁底板病害位置确定精度。

56、（2）本发明通过改进seaformer模型提取病害区域、病害特征点和病害延伸方向，基于理论位置与实际位置之间的多组位移差求取共同平移量和旋转量，并对当前图像特征执行反向空间变换和桥向轴向注意力计算，提高连续检测区域内病害特征提取和位置校正的一致性。

57、（3）本发明将当前病害数据持续写入历史病害数据，根据桥梁底板坐标、病害端点距离和病害延伸方向连接相邻检测区域中的对应病害，减少同一病害跨检测区域产生的重复记录和断裂识别，实现桥梁底板病害的连续定位、范围更新和整体检测。