考虑完整性分割的超轻量化路面裂缝检测方法

作     者：梁晓 邵天义 王雪玮 李韶华 郭京波 申永军 

作者机构：石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室 石家庄铁道大学机械工程学院 石家庄铁道大学河北省大型工程机械装备制造协同创新中心 

出 版 物：《中国公路学报》 (China Journal of Highway and Transport)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金(52102467,U22A20246) 河北省自然科学基金(F2022210024) 河北省高等学校科学技术研究项目(BJK2024128) 中央引导地方科技发展资金项目(236Z1906G) 

主　　题：路面工程 路面裂缝检测 完整性分割 大尺寸卷积核 超轻量级参数 结构重参数化 

摘      要：及时准确地检测路面裂缝，对于延长道路服役寿命、确保交通出行安全至关重要。针对现有方法在裂缝浅弱或背景噪声干扰下存在的分割断裂和误判漏检问题，本文以裂缝完整性为导向，提出了一种基于轻量化大核与低信息损耗的路面裂缝检测方法，可在复杂环境下实现路面裂缝的高效精准分割。首先，设计多尺寸大卷积核融合的特征编码结构，通过构筑多尺度的全局感受野，对路面大跨度裂缝的空间相关性进行充分建模。进而，提出正反注意力互补的重要性池化、训练-推理解耦的多支路解码、强调漏检惩罚的分层深监督等创新机制，全面缓解裂缝细节信息在编码与解码过程的过度损耗，增强模型对裂缝细微特征的捕获和解析能力。同时，联合使用结构重参数化、部分卷积和深度卷积等策略，在确保高裕度特征表示的同时有效控制参数量，实现大核结构的超轻量化和推理模型的高效化。实验结果表明：该方法能够在复杂背景下实现路面裂缝的准确检测，所分割裂缝具有高完整性和低漏检率，同时具备轻量级的参数量和实时性的运算速度。与现有主流模型相比，所提方法的常规版本能够以3.67×106的参数量取得77.17%的裂缝交并比、87.11%的F1分数和87.41%的查全率，微缩版本则仅用0.29×106的超低参数量即可取得75.23%的裂缝交并比、85.63%的F1分数和87.12%的查全率，在将连通组件数偏差控制在极低水平的同时具备良好的路况适应性和噪声鲁棒性，在路面裂缝检测任务上有明显优势，能够为路面病害的监测、评估与修复提供有力支持。