Damage Evaluation in Flexible Pavement Using Terrestrial Photogrammetry and Neural Networks
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In Colombia, road deterioration is assessed by means of road inventories and visual inspections. For this assessment, the Instituto Nacional de Vías (Colombia's National Road Institute) (abbreviated INVIAS in Spanish) uses the Vision Inspection de Zones et Itinéraires Á Risque (VIZIR) and Pavement Index Condition (PCI) methods. These two methods serve to determine the severity of damages in flexible and rigid pavements. However, they can be tedious and subjective and require an experienced evaluator, hence the need to develop new methods for road condition assessment. In this paper, we present a methodology to evaluate flexible pavement deterioration using terrestrial photogrammetry techniques and neural networks. The proposed methodology consists of six stages: (i) image capture, (ii) image preprocessing, (iii) segmentation via edge detection techniques, (iv) characteristic extraction, (v) classification using neural networks, and (vi) assessment of deteriorated areas. It is verified using real images of three different pavement distresses: longitudinal cracking, crocodile cracking, and pothole. As classifier, we use a multilayer neural network with a (12 12 3) configuration and trained using the Levenberg–Marquardt algorithm for backpropagation. The results show a classifier’s accuracy of 96 %, a sensitivity of 93.33 %, and a Cohen's Kappa coefficient of 93.67 %. Thus, our proposed methodology could pave the way for the development of an automated system to assess road deterioration, which may, in turn, reduce time and costs when designing road infrastructure maintenance plans.
La evaluación del deterioro de las vías en Colombia se realiza por medio de inventarios manuales e inspecciones visuales. Los métodos de evaluación del estado de las vías adoptados por el INVIAS (Instituto Nacional de Vías) son VIZIR (Visión Inspection de Zones et Itinéraires Á Risque) y PCI (Paviment Condition Index). Estos determinan la gravedad de daño en pavimento flexible y rígido; sin embargo, pueden ser tediosos, subjetivos y requieren de la experiencia de un evaluador, lo que evidencia la necesidad de desarrollar metodologías de evaluación del estado de las vías. Este documento presenta una metodología para la evaluación de los deterioros presentes en pavimento flexible usando técnicas de fotogrametría terrestre y redes neuronales que está compuesta por seis etapas: i. Captura de las imágenes, ii. Preprocesamiento de las imágenes, iii. Segmentación mediante técnicas de detección de bordes, iv. Extracción de las características, v. Clasificación utilizando redes neuronales, y vi. Evaluación del área de afectación del deterioro. La metodología se evaluó con imágenes reales de pavimento con tres tipos de deterioro: grieta longitudinal, piel de cocodrilo y bache. Como clasificador se utilizó una red neuronal multicapa con configuración (12 12 3), entrenada utilizando el algoritmo Levenberg Marquardt de retropropagación. Se obtuvo una exactitud del 96 % en el clasificador, una sensibilidad de 93.33 % y una índice kappa de 0.936. Esta metodología es la base para la creación de un sistema automatizado de evaluación del deterioro presente en las vías, el cual puede contribuir en la reducción en tiempo y costo en los planes de gestión de mantenimiento de la infraestructura vial.
La evaluación del deterioro de las vías en Colombia se realiza por medio de inventarios manuales e inspecciones visuales. Los métodos de evaluación del estado de las vías adoptados por el INVIAS (Instituto Nacional de Vías) son VIZIR (Visión Inspection de Zones et Itinéraires Á Risque) y PCI (Paviment Condition Index). Estos determinan la gravedad de daño en pavimento flexible y rígido; sin embargo, pueden ser tediosos, subjetivos y requieren de la experiencia de un evaluador, lo que evidencia la necesidad de desarrollar metodologías de evaluación del estado de las vías. Este documento presenta una metodología para la evaluación de los deterioros presentes en pavimento flexible usando técnicas de fotogrametría terrestre y redes neuronales que está compuesta por seis etapas: i. Captura de las imágenes, ii. Preprocesamiento de las imágenes, iii. Segmentación mediante técnicas de detección de bordes, iv. Extracción de las características, v. Clasificación utilizando redes neuronales, y vi. Evaluación del área de afectación del deterioro. La metodología se evaluó con imágenes reales de pavimento con tres tipos de deterioro: grieta longitudinal, piel de cocodrilo y bache. Como clasificador se utilizó una red neuronal multicapa con configuración (12 12 3), entrenada utilizando el algoritmo Levenberg Marquardt de retropropagación. Se obtuvo una exactitud del 96 % en el clasificador, una sensibilidad de 93.33 % y una índice kappa de 0.936. Esta metodología es la base para la creación de un sistema automatizado de evaluación del deterioro presente en las vías, el cual puede contribuir en la reducción en tiempo y costo en los planes de gestión de mantenimiento de la infraestructura vial.