[發明專利]基于約束魯棒主成分分析的城市道路地下病害識別方法

有效

• 申請號: 201810115422.1
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108319963B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 劉麗;李靜霞;王冰潔;徐航;韓銀萍
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G06K9/46
• 分類號: G06K9/46;G06K9/62
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發明公開了一種基于約束魯棒主成分分析的城市道路地下病害識別方法，通過探地雷達獲取地下病害的原始訓練樣本數據，利用約束魯棒主成分分析法將每個原始訓練樣本數據分解成表示背景雜波的低秩矩陣和表示前景目標的稀疏矩陣，得到原始訓練樣本數據的過完備字典和測試樣本完備特征向量，并采用基于核函數的稀疏表示分類方法對測試樣本完備特征向量進行識別。本發明具有魯棒性強、運算速度快、數據分析時間短等特點，可以實現地下隱性病害的快速、準確的自動識別。

技術領域

本發明涉及目標自動識別領域，特別是涉及一種基于約束魯棒主成分分析的城市道路地下病害識別方法。

背景技術

中國的城市化發展是大勢所趨，到2050年城鎮居民比重將達70％，城市道路的暢通是城市賴以生存和發展的重要基礎。近年來，城市道路路面坍塌事故頻繁發生，道路塌陷事故尤其在大城市呈高發趨勢。國土資源部、水利部印發的《全國地面沉降防治規劃(2011-2020年)》指出，目前全國遭受地陷沉降災害的城市超過50個。可以預計，地陷將伴隨城市發展成為一個長期問題。因此，對道路病害進行及時檢測，最大限度減少、減輕災難，保證道路安全問題，已成為城市建設工作中的一項重要任務。

探地雷達(Ground Penetrating Radar，GPR)是一種用電磁波反射來確定地下介質分布的技術，并以其無損、快捷以及淺層高分辨率的優勢被廣泛應用于道路地下病害檢測中。但是現有探地雷達的數據解譯很大程度上依賴于作業人員的經驗，處理速度慢，且不同技術人員資料解釋結果差異性較大、誤差較大，特別是面對車載GPR的大批量數據，不具備進行快速自動處理識別和病害數據的挖掘能力，成為制約其發展水平、限制應用范圍的關鍵因素。因此，迫切需要研究GPR數據的自動識別方法，實現雷達回波數據的自動處理和解譯，以滿足工業應用的需求。

國內外眾多科研機構在道路病害/異常自動識別方面開展了大量研究，其中基于特征提取的自動識別方法受到廣泛關注。該方法首先利用基于變換域(如傅里葉變換、Hough變換、離散余弦變換)、基于子空間投影(主成分分析法、線性判別分析法)等方法提取幾何特征(雙曲線特征)或空間域、時域、頻域、時頻域、小波域等特征，然后利用模糊聚類、神經網絡、支持向量機等分類器進行分類識別。但是現有方法在城市道路病害識別應用中存在以下問題：算法對噪聲/雜波的魯棒性有待加強。與公路相比，城市道路功能多樣、組成復雜、道路下方管線及其他構筑物較多，雷達回波信號受到地上地下眾多干擾源的影響，信噪比低，對數據解譯造成很大困難，因此需要具有魯棒性非常強的識別方法；分類識別速度有待提高。基于人工神經網絡和支持向量機的分類器需要大量的試驗數據和多次的訓練次數，耗費大量時間調整參數才能得到較好的試驗精度。

發明內容

本發明的目的是為解決上述現有技術的不足之處而提供一種基于約束魯棒主成分分析的城市道路地下病害識別方法。