基于改进YOLOv5的无人机影像道路裂缝检测方法

道路裂缝的出现对道路使用寿命和人车安全带来明显影响,需及时检测出道路裂缝。针对无人机影像中裂缝目标小、图像背景复杂导致检测精度低等问题,本文以无人机采集裂缝图像作为研究数据,提出了一种改进YOLOv5模型的深度学习道路裂缝检测方法。在YOLOv5模型骨干网络中分别加入CBAM、SimAM、CA注意力机制,提高模型对裂缝的识别能力及检测精度,通过消融试验进行对比分析,同时在YOLOv5模型上融入自适应空间特征融合算法,改善裂缝特征提取能力。研究表明,改进后的YOLOv5网络模型相比于原模型,精度得到明显提高,均值平均精度(mAP)提升20.6%,在保证准确性的同时有效提高了检测精度,可为道路裂缝检测提供新的方法。

考虑材料参数空间变异性的SBFEM开裂模拟

论文建立了基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)框架的非局部宏微观损伤模型,考虑材料细观物理参数的空间变异性,探讨了材料参数的空间变异性对结构开裂过程的影响。结果表明:考虑材料参数空间变异性后,裂纹扩展路径具有不确定性,建议的模型能够很好地反应材料内在的随机性;随着结构受力情况的复杂化和结构本体缺陷的增多,裂纹开裂模式的变异性也会增大。自相关长度和参数变异系数对结构开裂分析结果有重要影响。

我国高校青年教师职业身份认同困境的空间解析与破解路径研究

青年教师作为高等教育深化改革发展的生力军和中坚力量,对自身职业身份的认同关乎其职业行为的选择与个体发展的向度。通过将列斐伏尔关于空间概念的三维分析,即空间范畴、空间演化历史以及空间生产与教师职业身份的关系解读,发现我国高校青年教师存在职业身份认同的空间困境,表现为空间范畴中的身份孤立与精神虚空、矛盾与差异空间中的身份偏差与疑惑、空间生产中的身份隐匿与变形。为摆脱困境,需注重“有机团结”的空间共同体构建,消解身份认同的孤独感;打造纪念碑空间,实现职业身份的诗意回归;推动空间解放,建构多元开放的教师职业形象。

基于空间分辨率的钢制管道裂纹剩磁信号检测方法

针对传统漏磁检测(magnetic flux leakage,MFL)技术难以满足钢制油气管道裂纹检测需求,提出一种剩磁检测(residual magnetic flux leakage,RMFL)技术,直接利用漏磁检测后管壁的剩磁状态实现小开口裂纹的有效检测。相较于漏磁信号,剩磁信号信噪比较低,对传感器的采样频率有更高的要求,因此提出一种空间分辨率方法优化剩磁信号采样频率。首先通过有限元仿真建立管道动态磁化模型,提取裂纹特征数据,并分析其分布规律。其次采用频域分析方法,优化剩磁信号采样频率。最终通过实验验证了基于空间分辨率的裂纹剩磁检测方法的有效性。结果表明,基于空间分辨率的剩磁信号与原始信号高度吻合,在信号波形的极点处均有不失真采样点,保存了原始信号的关键特征,为裂纹尺寸的量化提供了重要的数据基础。该技术可实现管道小开口裂纹的有效检测,工程实用的可操作性强,有助于油气管道裂纹内检测技术的进一步发展。

一种联合空谱特征的沥青路面裂缝检测方法

文章提出了一种基于高光谱图像的沥青路面裂缝检测算法,旨在解决传统方法下裂缝检测精度低、误检较多的问题。本方法利用高光谱成像技术获取道路的空间-光谱信息,并通过裂缝与路面的光谱信息差异提取裂缝,同时利用裂缝的空间特征信息对目标进行阈值分割、形态学运算等以此来提取裂缝主干,进而联合空间-光谱特征检测结果进行数学运算以实现对沥青路面裂缝的精确检测。实验结果表明,与ACI、VIS2算法相比,本文算法的F1-score分别提升了14.11%和29.03%,证明了该方法的有效性,同时针对不同类型和尺寸的裂缝目标表现出了高检测精度、强抗干扰性和显著的鲁棒性。

基于轻量级Transformer的隧道裂缝分割

裂缝检测对保证隧道结构安全至关重要,及时发现隧道裂缝缺陷,有利于降低工程维修成本和保障行车安全。然而,传统卷积神经网络在隧道裂缝检测任务中主要侧重提高检测精度和算法复杂度,如何平衡裂缝检测的精度和实时性是当前研究的一个难点。针对这一问题,本文提出一种基于轻量级Transformer的裂缝分割方法 CrackViT。首先,采用卷积神经网络与Transformer混合的MobileViT网络构建裂缝特征提取网络,减少网络模型参数和计算量,并且有效提取裂缝图像全局信息和局部特征信息。然后,提出改进空洞空间金字塔池化解码器实现不同尺度的特征提取和信息融合,实现像素级概率分布。同时,裂缝图像存在细节信息缺失问题,引入高效通道注意力模块,增强对裂缝特征信息的提取能力。此外,针对裂缝与背景类别不平衡问题,设计了在线困难样本挖掘损失函数进行缓解。实验结果表明:在单个3050Ti GPU上,CrackViT算法最终在裂缝数据集上以63 FPS的速度获得了75.62%的IoU,模型参数量仅为2.43 M。CrackViT-L模型精度IoU为76.83%,模型参数量为3.56 M,模型推理速度达到61FPS。算法测试精度优于大多数主流模型,并且需要更少的模型参数。研究结果表明,CrackViT所预测的隧道裂缝分割图像边缘更加清晰和完整,保持推理速度的同时,能够有效检测裂缝,该算法有助于隧道裂缝检测实际应用。

改进YOLOX的跨座式单轨PC轨道梁面裂纹检测算法

PC轨道梁作为跨座式单轨交通系统的重要组成部分,其表面裂纹缺陷会直接威胁整个交通线的运营安全。针对传统PC轨道梁面裂纹检测精度低、效率低等问题,提出一种基于改进YOLOX的轨道梁面裂纹检测方法。该方法通过在加强空间特征提取网络中使用Ghost轻量化卷积提取目标特征,以降低模型计算复杂度;将自适应特征融合(adaptively spatial feature fusion,ASFF)模块嵌入特征融合层,让模型自适应学习各个特征层间的联系,加强网络对裂纹区域的重视程度;使用双三次插值法进行上采样,进一步提升网络检测性能。实验结果表明,改进后模型相较于原基准模型平均检测精度提升4.40%,在参数量上比原模型下降25.08%,每秒检测裂纹图像数量为119帧,说明模型在准确性和实时性方面符合实际工程需求。

基于Xception和SA的YOLOv5建筑裂缝检测方法

裂缝检测对于建筑的维修和加固、延长其使用寿命具有重要意义。针对建筑裂缝种类多和尺寸小造成裂缝检测精度低、速度慢的问题,提出了一种改进的YOLOv5裂缝检测算法,在提高检测裂缝精度的同时也提升了检测裂缝的速度。首先,引入轻量级网络Xception对主干网络轻量化,减少主干网络参数量以提升检测裂缝的速度;其次,使用空洞空间金字塔池化ASPP(Atrous Spatial Pyramid Pooling)模块替换SPP(Spatial Pyramid Pooling)模块,扩大感受野范围,加强主干网络提取裂缝特征的能力,避免因对主干网络轻量化而造成检测裂缝的精度降低;最后,添加SA(Shuffle Attention)注意力机制,进一步加强网络提取裂缝特征的能力,提高裂缝检测的精度。通过在自制数据集上进行的实验表明,改进的算法mAP比原算法提高了1.6%,速度为50.8 f/s,比原算法提高了2.7 f/s,满足建筑裂缝检测的精度和实时性要求,同时将改进算法与Faster R-CNN、Mobile-SSD、YOLOv4-tiny等算法进行对比,证明了该算法的优越性,更适合部署到硬件平台上。

最大连通域协同的改进Deeplabv3+路面裂缝检测

针对传统路面裂缝检测准确度不高、受噪声信息干扰等问题,提出一种改进的Deeplabv3+网络的路面裂缝语义分割方法。上述算法在Deeplabv3+网络的基础上,使用密集连接的方式重构网络ASPP模块,通过跳跃连接共享信息获取更大的感受野。并针对背景和裂缝区域所占像素比例相差较大的特点,设置权重让神经网络更加关注裂缝特征。最后对检测结果中出现的边缘断裂,采用最大连通域方法实现裂缝的精细提取。在公共裂缝数据集CFD和CRACK500上实验表明,所提算法的MIOU分别为85.7%和87.2%,与其它语义分割算法相比,新方法能够准确完整地实现路面裂缝提取。

基于空间拓扑的路面裂缝连续性提取方法

路面裂缝自动检测是评价道路状况的主要手段,现有的自动检测方法不能保持裂缝提取的连续性,为此文章提出了一种基于空间拓扑损失的路面裂缝连续提取方法。在该方法中,使用空间拓扑损失函数训练全卷积神经网络,以提升裂缝提取的连续性。文章在Crack500数据集中对裂缝提取网络进行训练和测试,分别以均方误差、Dice和空间拓扑作为损失函数提取路面裂缝。实验结果表明,组合使用均方误差和空间拓扑损失函数可以显著改善裂缝检测的拓扑结构,有效提升裂缝提取的连续性。

基于板单元的钢-混凝土组合斜拉桥桥面板配筋优化设计

单索面钢-混凝土组合箱形截面斜拉桥由于存在索力传递效应、箱形截面扭转畸变、剪力滞效应等使其空间受力特征显著,所以如采用“传统1D杆系模型+横向框架模型”的设计理论,将会忽略桥面板面内水平剪应力,导致工程实践中桥面板斜向开裂病害发生。JTG 3362—2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范》提出设计应关注箱形截面的空间应力体系。基于新规范提出的基于平面应力的板单元结构设计方法,并将其应用于上海市昆阳路闵浦三桥斜拉桥混凝土桥面板的承载力配筋设计中。结果表明,基于平面应力的板单元结构设计方法与完整空间效应下的混凝土桥面板受力特征相吻合,能够准确识别结构重点关注的桥面板位置,并有效防止桥面板斜向开裂等病害的发生,从而可以指导钢-混凝土组合断面桥梁的混凝土桥面板配筋设计。

2A12铝合金试件中空间斜裂纹在线止裂及性能分析

选择带有空间斜裂纹的2A12铝合金试件进行了拉伸载荷作用下电磁热在线止裂研究。采用数值分析方法确定了止裂工艺参数,并求得了放电后试件内的温度场及热应力场;通过自制加载装置,应用ZL-2超强脉冲电流放电装置完成了空间裂纹在线止裂试验;对止裂前后的铝合金试件进行了微观组织分析和宏观力学性能测试。研究表明:脉冲放电瞬时,裂纹尖端熔化、钝化,并形成了高压应力区,提高了裂纹的扩展功,在一定的拉伸载荷下,试件也不会开裂,达到了裂纹在线止裂的目的。

空间裂缝病害下铁路隧道衬砌结构安全性研究

基于现场检测结果,针对隧道衬砌裂缝病害,借助ANSYS有限元分析软件,采用荷载-结构法建立含纵向裂缝的隧道计算模型,考虑拱顶和拱腰部位裂缝,分析不同长度、深度裂缝对衬砌结构安全性影响大小,并总结不同规模裂缝下衬砌结构安全性的变化规律。结果表明:裂缝对裂缝附近区域结构的安全性危害最大,拱顶裂缝对衬砌结构的危害程度要远大于拱腰裂缝,且裂缝深度对衬砌结构安全性影响较裂缝长度更为显著,最后在此基础上提出了空间裂缝下衬砌结构安全性评判标准,对不同规模裂缝危害进行等级划分,为隧道相应的病害整治提供了依据。

带有空间裂纹的拉伸试件电磁热止裂及机械性能测试

首先应用ZL-2超强脉冲电流发生装置对带有预制裂纹的标准拉伸试件进行脉冲放电止裂。放电后裂纹尖端熔化形成堆焊和高压应力区,使裂纹尖端钝化,达到了止裂的目的,采用数值模拟确定了止裂工艺参数。对止裂后的拉伸试件通过微机控制电子万能试验机进行了拉伸实验,研究结果表明:电磁热裂纹止裂有效提高了试件的抗拉强度,放电电压是影响其机械性能的最主要因素。

剪切荷载作用下砂岩细观开裂扩展演化特征研究

利用自主研发的煤岩细观剪切试验装置,对砂岩在剪切荷载作用下微裂纹的开裂扩展过程及其破坏后细观裂纹的分布特征进行试验研究,同时借助图像处理技术,探讨砂岩在剪切荷载作用下微裂纹的时空演化规律。研究结果表明:在剪切荷载作用下,砂岩试件外观损伤在加载过程中的大部分阶段不明显,而砂岩的开裂扩展在相对较短的时间内完成,且开裂扩展过程中产生的变形较小,其明显的开裂扩展过程多发生在峰值应力后的破坏阶段,且总体上是自下往上发展的;砂岩断裂破坏过程中既有绕晶破裂,也有穿晶破裂产生,但其开裂扩展主要产生于颗粒边界和胶结物中,这主要是该破裂方式需要消耗的能量较少;由于受砂岩表面矿物颗粒的排列组合方式、胶结程度等因素的影响,细观裂纹的开裂扩展方向具有一定的不规则性,与预定的剪切面方向有一定程度的偏差。

大跨径连续刚构桥主跨底板合龙预应力束的空间效应研究

对大跨径连续刚构桥中跨底板混凝土在底板预应力筋作用下可能纵向开裂的现象进行了分析,阐述了产生这种现象的力学机理。根据一座跨径布置为140 m+268 m+140 m的单箱单室预应力连续刚构桥的结构与设计特点,对该桥在底板预应力作用下的空间效应不利影响进行了分析,提出了避免跨中箱梁底板纵向开裂、底板混凝土向下崩出和腹板竖向拉应力过大的建议,可为大跨度连续刚构桥的设计提供参考。

三轴压缩试验前后含气页岩微纳尺度裂隙空间分布特征研究

含气页岩受力后裂隙扩展分布方式与矿物之间的关系研究对页岩气勘探开采具有重要指示意义,但受制于前期仪器设备水平的不足,目前相关研究较少。本文以四川盆地志留纪龙马溪组页岩为例,分别选择三轴压缩试验前后的天然样和压缩样进行氩离子抛光,借助高性能场扫描电镜和能谱仪进行矿物晶体和微纳尺度的裂纹观察(分别设定扫描电镜像素大小10 nm和1μm,观察面积设为1 mm),结合空间统计分析技术,进行三轴压缩试验前后含气页岩微纳尺度裂隙空间分布特征及其与矿物组成的相关关系进行分析研究。研究表明,三轴压缩试验前后,样品内微纳尺度裂隙的空间分布均符合幂律分布,具有一定的自仿射性和层次结构性。但是不同矿物(石英、长石、碳酸盐、黏土等)在受压前后产生的微观裂隙分布特征值(D、logC)变化方式存在显著差异,反映了不同矿物的力学响应特征和机制的不同以及不同矿物对页岩压裂造缝的贡献作用的不同。脆性矿物中的长石、碳酸盐矿物组成以及脆性矿物与黏土矿物的相互作用可能对页岩缝网改造中起着较为重要的作用。不同矿物压缩前后的破坏模式总体存在从张性破坏到剪性破坏的转变过程,然而不同矿物类型在压缩前后裂隙展布形态特征及力学机制有很大不同,特别是碳酸盐类和黏土类矿物变化最为显著,容易形成较复杂的缝网,并存在复杂应力状态主导的多种不同力学机制裂纹共存的现象,在研究时需要考虑页岩复杂矿物构成和结构导致的破裂过程的不确定性等因素。

箱梁结构完整验算应力和空间网格模型

现行规范所规定的验算应力仅是针对一根薄腹窄梁的,并不能反映现代复杂桥梁结构的真实受力情况。设计方法中的验算应力不完整造成了现行规范体系的计算结果存有漏洞和缺失,使得有些常见开裂病害无法从现有设计计算框架中找到答案。列出了一个箱梁结构需要关注的完整的验算应力以及对应的裂缝形式,并且提出完整验算应力的表达方式。空间网格模型能够完整地反映所有的验算应力,是最为全面实用的精细化模型。通过比较空间网格模型和实体模型的计算结果,说明了空间网格模型能反映包括剪力滞效应、薄壁效应和局部效应在内的荷载效应。通过空间网格模型计算得到的混凝土桥梁结构的完整验算应力,可以更完整把握结构受力特征、了解结构中可能出现问题的地方,也可以更确切地分析出现问题的原因以及为解决相应问题提供依据。

围压作用对爆破裂纹空间形态影响的试验研究

爆破裂纹的空间形态是进行爆破设计的理论依据。地下超深孔爆破炮孔处在围压作用之中,无爆破自由面,此种条件下爆破裂纹空间形态有待进一步的研究。采用4000 kN大型真三轴加载设备和煤矿许用导爆索分别提供围压静载和爆炸动载,并浇筑300 mm×300 mm×300 mm尺寸水泥砂浆立方体试块,采用的等效炸药量均为3 g,围压条件下试块加载的第一、第二、第三主应力分别为8.50 MPa、7.00 MPa、5.75 MPa,对比分析有、无围压两种条件爆破裂纹的空间形态差异。研究发现:围压条件下的爆破裂纹空间形态与拥有爆破自由面条件的爆破裂纹空间形态差异极大,四周拥有爆破自由面条件下试块爆破破碎为碎块,在块度尺寸L<100 mm和100 mm≤L≤200 mm范围内的破碎块度质量分别占试块总质量的30%和70%,其中大尺寸150 mm≤L<200 mm范围内的块度质量占比达到55.32%,但是数量较少,并且都产生于试块表面;围压条件下,在垂直于第二主应力方向产生一个以封孔器为中心对称的宏观破裂面,在试块的其它表面上产生了几条宏观裂纹。试块剖开后,在炮孔壁部产生微裂纹,在预先射孔方向的孔壁处产生明显的裂纹。

温度应力对既有混凝土连续箱梁桥开裂的影响分析

采用三维空间实体单元,在分析连续箱梁桥温度应力分布规律的基础上,研究了温度梯度、箱梁的肋板与顶板刚度比以及跨径比等参数变化对温度应力的影响,并分析比较了按《公路桥涵设计通用规范》JTJ 021-89版和JTG D60-2004版计算的温度应力。结果表明,在JTG D60-2004版温度梯度荷载作用下,箱梁顶板上下缘产生较大的横向拉应力,顶底板上下缘产生较大的纵向拉应力,产生较大温度应力处与实桥出现裂缝的部位基本吻合,从中揭示了温度应力对既有混凝土连续箱梁桥开裂的影响。