Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Թվայնացված պատկերների մշակման ավտոմատացված համակարգի ստեղծումը ճանապարհային ծածկույթների որակի գնահատման համար

Հակոբյան, Գուրգեն Հովհաննեսի (2016) Թվայնացված պատկերների մշակման ավտոմատացված համակարգի ստեղծումը ճանապարհային ծածկույթների որակի գնահատման համար. PhD thesis, Հայաստանի ազգային պոլիտեխնիկական համալսարան .

[img] PDF (Thesis)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (20Mb)
    [img] PDF (Abstract)
    Available under License Creative Commons Attribution.

    Download (1679Kb)

      Abstract

      Ճանապարհային ցանցի կառավարման համար անհրաժեշտ է ունենալ արատների վերաբերյալ ճշգրիտ և թարմացված ինֆորմացիա, որպեսզի իրականացվեն անհրաժեշտ աշխատանքների պլանավորման գործողություններ: Ճանապարհային ծածկույթների (ՃԾ) վիճակի մասին տվյալների պարբերական հավաքագրումը թույլ է տալիս ժամանակին իրականացնել կանխարգելիչ և վերականգնողական աշխատանքներ, ինչպես նաև մշակել ռազմավարություն ՃԾ որակի հետագա ապահովման համար: ՃԾ որակի անկումը բնութագրվում է տարբեր գործոններով, օրինակ՝ համապատասխան նորմերից շեղում, բազմապիսի արատների առկայություն (ճեղքեր, փոսեր, անհարթություններ և այլն), որոնք անխուսափելիորեն ի հայտ են գալիս ճանապարհների շահագործման ընթացքում: Որակի գնահատման ընթացքում անհրաժեշտ է իրականացնել բավարար տվյալների հավաքագրում: Ամենաքիչ աշխատատար և մատչելի մեթոդը տեսանկարահանման միջոցով իրականացվող հավաքագրումն է, որին հաջորդում են ստացված տվյալների համապատասխան վերլուծություններ՝ կիրառելով պատկերների մշակման տարբեր ալգորիթմներ: Տվյալների ավտոմատացված հավաքագրումը և մշակումը հնարավորություն են տալիս խնայել ժամանակ, ֆինանսներ, ինչպես նաև ստանալ ավելի օբյեկտիվ արդյունքներ և հավաքագրումն իրականացնել ավելի անվտանգ պայմաններում: Ավտոմատացված համակարգի կիրառումը թույլ է տալիս հեշտացնել որակի գնահատման ընթացակարգերը, ինչը կօգնի արագացնել ՃԾ որակի վերականգնողական, ինչպես նաև կանխարգելիչ գործողությունների իրականացումը: Գիտական գրականության մեջ նկարագրված ՃԾ որակի գնահատման համար օգտագործվող պատկերների մշակման մեթոդներն ունեն լոկալ նշանակություն և դրանց կիրառման համար հետազոտություններ են հարկավոր: Բացի դրանից, գոյություն ունեցող ավտոմատացված համակարգերում կիրառվող գիտական մոտեցումներն ու մաթեմատիկական մեթոդներն անհասանելի են գիտական հանրությանը, քանի որ ունեն կոմերցիոն բնույթ և, որպես կանոն, չեն հրապարակվում: Մինչդեռ, պատկերների թվային մշակման բնագավառում հայտնի են մի շարք մեթոդներ, որոնց օգտագործումը կարող է էապես բարձրացնել ՃԾ մակերևույթի մշակման և որակի գնահատման արդյունավետությունը: Հետևաբար անհրաժեշտություն է առաջանում մշակել վերը նշված բնութագրերով, արդյունավետ ավտոմատացված համակարգ, որը պիտանի կլինի կիրառել ՀՀ ճանապարհային ցանցերի ծածկույթների որակի գնահատման համար: Ատենախոսության նպատակն է մշակել թվային պատկերներից ՃԾ ճեղքերի հայտնաբերման և գնահատման նոր մեթոդաբանություն և ՃԾ որակի հսկման աշխատանքների համար նախատեսված ավտոմատացված համակարգ: Համակարգի պարբերական աշխատանքի միջոցով հայտնաբերվում են ՃԾ արատները՝ դրանց առաջացման նախնական փուլերում, ինչը թույլ է տալիս նվազեցնել վերականգնողական աշխատանքների ծախսերը 6-10 անգամ: Ատենախոսության հիմնական տեսական և կիրառական արդյունքները բերված են ստորև: Ստեղծվել է ՃԾ որակի վերլուծության և գնահատման ավտոմատացված համակարգ, որը գործում է ինչպես offline, այնպես էլ online ռեժիմներում [2]: Մշակվել է պատկերների ավտոմատացված վերլուծության և ՃԾ որակի գնահատման մեթոդաբանություն, որը հիմնված է պատկերների մշակման ժամանակակից մեթոդների կիրառման վրա [1]: Մշակվել են ՃԾ արատների հայտնաբերման և դրանց պարամետրերի որոշման ալգորիթմներ և ծրագրային միջոցներ [1, 2]: Կատարելագործվել են պատկերի կառուցվածքային վերլուծության մեթոդների մի շարք մոտեցումներ, որոնք կիրառվում են ՃԾ որակի գնահատման խնդրում [1]: Մշակվել է ըստ որակի ՃԾ պատկերների ավտոմատացված դասակարգման ալգորիթմ, որը հիմնված է տվյալների վիճակագրական բնութագրերի կիրառման վրա [3]: Առաջարկվել է ՃԾ որակի գնահատման ինժեներական չափանիչ և համապատասխան էմպի¬րիկ բանաձև [1]: Ստեղծվել է ՃԾ որակի գնահատման ավտոմատացված համակարգի շարժական մոդել` ռոբոտի և սմարթֆոնի կիրառմամբ [2]: Контроль и мониторинг состояния дорожного покрытия (ДП) являются необходимыми действиями, которые регулярно выполняются соответствующими службами для обеспечения требуемого качества и безопасности автомобильных дорог. Для планирования ремонтных и превентивных работ необходимо иметь точные и обновлённые сведения о качестве покрытий. Качество ДП характеризуется многими факторами, охватывающими как степень отклонения поверхности покрытия дороги от предписанных норм, так и разнообразные типы дефектов (трещины, отверстия, шероховатость и т.д.), неизбежно возникающих в результате эксплуатации дороги. В зависимости от категории дороги и наблюдаемой степени качества ДП применяются различные подходы, начиная от визуального анализа с ручной обработкой данных, кончая разработкой и применением автоматизированных систем, оснащённых специальными датчиками и приспособлениями. Разработка и реализация любого из этих подходов применительно к огромной сети и большой протяжённости существующих дорог требуют много времени и средств (в том числе финансовых), поэтому в научной литературе с давних пор большое внимание уделялось соответствующим вопросам автоматизированного мониторинга ДП. Наиболее эффективными и дешёвыми методами автоматизированного сбора данных ДП являются сборы посредством видеокамер с последующей обработкой собранных данных соответствующими алгоритмами обработки изображений. Основными операциями обработки изображений, применяемыми практически во всех задачах исследования ДП, являются операции бинаризации, сегментации, определения краёв и границ и некоторые другие операции структурного анализа. Выбор методов обработки обусловлен требованиями решаемой задачи и становится особенно критичным при автоматической обработке изображений ДП. В Армении общая длина дорожных сетей составляет 7568 км, включая 1803 км межгосударственных, 1964 км государственных и 3801 км местных дорог. По статистическим данным, две трети межгосударственных дорог находятся в удовлетворительном или хорошем состоянии, а около 60% государственных дорог нуждаются в ремонте. Следовательно, в управлении дорожных сетей Армении, автоматизированный контроль качества покрытий автомобильных дорог тоже является актуальной задачей и представляет большой научный и практический интерес. Целью диссертационной работы является разработка автоматизированной системы анализа и оценивания качества ДП, основанной на использовании современных методов компьютерного зрения и обработки цифровых изображений. Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи: разработка алгоритмов и программных средств для выявления и оценивания параметров дефектов ДП с использованием современных методов обработки изображений и компьютерного зрения; создание автоматизированной системы сбора, обработки, оценивания качества ДП, хранения и адекватной визуализации результатов; создание действующей мобильной модели автоматизированной системы для тестирования разработанных методов и выдачи результатов в онлайн-режиме. In the management of pavement networks, in order to plan the required works of quality recovering, it is necessary to have accurate and updated information about pavement condition. The regular data collection allows to do preventive and recovering works on time, as well as to develop a strategy for future quality assurance. A bad pavement quality may be related to many factors, for example, deviation from predefined norms, existence of various defects (such as cracks, potholes, rutting, etc.), which unavoidably appear during pavement exploitation. During pavement quality assessment it is necessary to do enough data collection. The most efficient and cheap method is the collection with video capturing, followed by corresponding examination of data by using various image processing algorithms. Automated data collection and processing allows to save time and reduce costs, as well as, achieve much more objective results and perform the data collection in safer conditions. The development of an automated system will allow to facilitate the procedures of pavement quality control, which will accelerate the recovering as well as preventive working procedures. The automated image processing methods for pavement defect detection described in the literature have local signification and examinations and analyzes are needed for their use. Besides, the imaging and mathematical methods of the existing automated systems are not available for scientific examinations, due to their commercial use. Whereas, in the sphere of digital image processing a number of methods are known, the use of which may significantly increase the efficiency of pavement surface quality assessment. Therefore, there is a demand to develop an automated quality control system, which will have mentioned characteristics and will be suitable for use in pavement quality assessment works in the road networks of Armenia. The goal of the dissertation is to develop a new methodology for pavement crack detection and analysis and an automated system for pavement quality monitoring. By periodic use of the automated system defects of the pavement will be detected in the early stages of their occurrence, which will allow to plan and perform preventive types of works on time and to reduce financial expanses up to 6-10 times. The main theoretical and practical results of dissertation are shown below. An automated system for pavement quality analysis and assessment is developed which is able to operate both in offline and in online modes[2]. A methodology for automated image processing and pavement quality assessment is developed, which relies on the use of modern image processing and computer vision methods [1]. New algorithms and software for pavement defect detection and parameter estimation are developed [1, 2]. Improvements in some methods of image morphological analysis are proposed, which are used on the problem of pavement quality control [1]. A method for automated pavement image classification is proposed, which is based on the use of statistical characteristics of the data [3]. An engineering criterion for pavement quality assessment and an empiric formula are proposed [1]. A mobile model of the proposed automated system for pavement quality assessment is created by the use of a robot and a smartphone[2].

      Item Type: Thesis (PhD)
      Additional Information: Разработка автоматизированной системы оценивания качества дорожных покрытий на основе обработки цифровых изображений. Development of automated system for pavement quality assesment based on digital image processing.
      Uncontrolled Keywords: Акопян Гурген Оганесович, Hakobyan Gurgen Hovhannes
      Subjects: Control, Automation and Electrical Engineering
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Circ. Dpt.
      Date Deposited: 21 Nov 2016 15:30
      Last Modified: 23 Nov 2016 15:38
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/3786

      Actions (login required)

      View Item