路面使用過程中的狀態測定系統技術方案

本發明專利技術公開一種路面使用過程中的狀態測定系統，解決了使用過程中的路面狀態的多元、綜合測定問題。本發明專利技術路面使用過程中的狀態測定系統，首先對路面類型進行測定，然后測定路面的平整度，最后檢測路面上是否存在破損；所述系統包括：檢測車；路面種類測定單元，用于測定路面的類型，輸出路面種類識別結果；路面平整度測量單元，用于測定路面的平整度；路面破損定位單元，用于檢測路面是否有破損，檢測到路面破損時，采集破損路面的圖像信息，并獲取所述破損路面的位置信息。本發明專利技術，路面狀態測量數據的準確度高，能夠準確的反應了路面狀態。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種路面使用過程中的狀態測定系統。
技術介紹
隨著公路運輸業的快速發展，公路的養護和管理日漸重要，其中，路面破壞信息的獲取就變得非常重要。目前，在路面狀態信息的采集中，通常是通過路面信息采集車進行路面信息的采集，其中信息采集車上設置有攝像機，通過信息采集車在路面上的行駛，將路面信息通過攝像的方式存儲起來，并在全路段采集完成后，將存儲數據傳輸至控制中心，由控制中心根據攝像內容，通過人為或圖像分析來判定路面中的破損情況。現有這種路面信息采集過程中，需要將路面所有信息，即破損路面和非破損路面均采集下來，路面信息采集量大；同時，也沒有辦法確定破壞路面的具體地理位置，而且，由于破損路面的地理位置未知，無法及時、準確的將破損路面及時有效的通知給路面上的行駛車輛，導致車輛經過該破損路面時易出現車禍等交通事故。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術提供一種通過多元化的采集路面狀態數據，確定路面狀態的路面使用過程中的狀態測定系統。本專利技術路面使用過程中的狀態測定系統，首先對路面類型進行測定，然后測定路面的平整度，最后檢測路面上是否存在破損；所述系統包括：檢測車；路面種類測定單元，用于測定路面的類型，輸出路面種類識別結果；路面平整度測量單元，用于測定路面的平整度；路面破損定位單元，用于檢測路面是否有破損，檢測到路面破損時，采集破損路面的圖像信息，并獲取所述破損路面的位置信息；其中，路面種類測定單元，包括檢測數據獲取模塊、微處理器的第一預處理模塊、云服務器的第一運算模塊；所述檢測數據獲取模塊，包括安裝在檢測車上的前置激光雷達、加速度傳感器、后置激光雷達以及CCD圖像傳感器；微處理器的第一預處理模塊，包括傳感器數據獲取模塊，用于獲取所述的前置激光雷達、加速度傳感器、后置激光雷達以及CCD圖像傳感器；識別模塊、加速度識別模塊以及圖像識別模塊，所述激光識別模塊，用于分別獲取前置激光雷達、后置激光雷達采集的激光數據，根據激光數據生成路面種類識別結果；所述加速度識別模塊，用于獲取加速度傳感器獲取的加速度數據，根據所述加速度數據生成路面種類識別結果；圖像識別模塊，用于獲取圖像采集器獲取的加速度數據，根據所述圖像數據生成路面種類識別結果；并將所述的路面識別結果輸出至云服務器的第一運算模塊；所述云服務器的第一運算模塊，包括路面種類識別結果合并模塊、路面種類生成單元，其中所述路面種類識別合并單元，用于根據投票法將獲取的所述的路面種類結果進行合并處理，得到對應每個傳感器的路面種類識別結果合并后識別結果；其中，創建的馬爾科夫隨機場模型的能量方程為：E(x,y,u,w,v)=ρΣi|xi2-xi-12|+Σiri|xi2-yi2|+Σik1i-1|xi2-(Ui-11)2|+Σik2i-1|xi2-(Ui-12)2|+Σik3i-1|xi2-(Ui-13)2|+...+Σikni-1|xi2-(Ui-1n)2|]]>其中，i為被識別路段的序號，i為整數且i≥2，xi為第i個路段待優化的前置激光雷達的路面種類識別結果，xi-1為第i-1個路段的最終路面種類識別結果，yi為第i個路段前置激光雷達的合并后的路面種類識別結果，ui-1為第i-1個路段圖像傳感器的合并后的路面種類識別結果，wi-1為第i-1個路段加速度傳感器的合并后的路面種類識別結果，vi-1為第i-1個路段后置激光雷達的合并后的路面種類識別結果，ρ為xi與xi-1之間的鏈接勢能，ri為xi與yi之間的鏈接勢能，k1i-1為xi與ui-1之間的鏈接勢能，k2i-1為xi與wi-1之間的鏈接勢能，k3i-1為xi與vi-1之間的鏈接勢能；將所述第i個路段待優化的前置激光雷達的路面種類識別結果xi所對應的數值分別帶入所述能量方程進行計算，將能夠使能量方程E(x,y,u,w,v)的值最小的xi對應的路面種類作為所述最終路面種類識別結果；路面平整度測量單元，包括安裝在檢測車上的平整度檢測儀，微處理器的第二預處理模塊、云服務器的第二運算模塊；所述平整度測量儀包括二軸加速度傳感器、激光測距傳感器、里程計數傳感器、陀螺儀，其中所述二軸加速度傳感器用于在第t時刻時測量所述路面平整度檢測儀在垂直于所述路面平整度檢測儀方向上的第一加速度a_measuredy(t)和在平行于所述路面平整度檢測儀方向上的第二加速度a_measuredx(t)；所述激光測距傳感器用于測量所述路面平整度檢測儀在第t時刻時與路面之間的距離h(t)；所述里程計數傳感器用于測量所述路面平整度檢測儀在第t時刻時的水平位移量sx(t)；所述陀螺儀用于測量所述路面平整度檢測儀在第t時刻時與水平路面之間的旋轉角度θ(t)；所述微處理器的第二預處理模塊，用于獲取所述的第一加速度a_measuredy(t)、第二加速度a_measuredx(t)、測量所述路面平整度檢測儀、與路面之間的距離h(t)、水平位移量sx(t)、旋轉角度θ(t)；并將獲取的所述的第一加速度a_measuredy(t)、第二加速度a_measuredx(t)、旋轉角度θ(t)和重力加速度g輸出至云服務器的第二運算模塊；所述第二運算模塊，根據在第t時刻時，所述的第一加速度a_measuredy(t)、第二加速度a_measuredx(t)、旋轉角度θ(t)和重力加速度g，計算所述路面平整度檢測儀第t時刻時在豎直方向上的振動加速度ay(t)；根據所述振動加速度ay(t)，計算所述路面平整度檢測儀第t時刻時在豎直方向上振動的位移量sy(t)；根據所述路面平整度檢測儀與所述路面之間的距離h(t)和所述路面平整度檢測儀在豎直方向上振動的位移量sy(t)，獲取在所述水平位移量sx(t)范圍內所述路面的路面平整度wy(t)；路面破損定位單元，包括攝像機、GPS定位器以及微處理器的第三預處理模塊、云服務器的第三運算模塊；所述的攝像機獲取路面圖像數據，GPS定位器記錄當前圖像幀對應的路面地理位置信息，并輸出圖像數據、GPS定位數據至微處理器的第三預處理模塊；所述第三預處理單元用于對所述圖像數據進行預處理，并將預處理后的圖像數據以及圖像數據的拍攝時間和GPS定位信息輸出至云服務器的第三運算模塊；所述云服務器的所述第三運算模塊，用于對預處理后的路面數據利用圖像識別方法對路面路面數據進行識別獲得包含破損的路面數據，獲得包含破損的路面數據以及該圖像數據的拍攝時間和GPS定位信息；其中，所述的微處理器設置在檢測車上，所述微處理器和所述云服務器通過無線網絡進行數據傳輸。進一步地，所述的微處理器的第三預處理單元，對路面圖像的預處理方法包括：對獲取的圖像數據進行色彩分析和灰度化處理，將彩色圖像轉換為灰度圖像；對圖像數據作離散Daubechies4小波變換，得到圖像數據的小波變換系數，Daubechies4小波的高頻濾波器系數[G0G1G2G3]和低頻濾波器系數[H0H1H2G3]分別為：G0=(1+3)42,G1=(3+3)42,G2=(3-3)42,G3=(1-3)42]]>H0=(1-3)42,H1=(-3+3)42,H2=(3+3)42,H3=(-1-3)42;]]>采用n×n的窗口沿著圖像數據平滑移動，計算本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種路面使用過程中的狀態測定系統，其特征在于，首先對路面類型進行測定，然后測定路面的平整度，最后檢測路面上是否存在破損；所述系統包括：檢測車；路面種類測定單元，用于測定路面的類型，輸出路面種類識別結果；路面平整度測量單元，用于測定路面的平整度；路面破損定位單元，用于檢測路面是否有破損，檢測到路面破損時，采集破損路面的圖像信息，并獲取所述破損路面的位置信息；其中，路面種類測定單元，包括檢測數據獲取模塊、微處理器的第一預處理模塊、云服務器的第一運算模塊；所述檢測數據獲取模塊，包括安裝在檢測車上的前置激光雷達、加速度傳感器、后置激光雷達以及CCD圖像傳感器?；微處理器的第一預處理模塊，包括傳感器數據獲取模塊，用于獲取所述的前置激光雷達、加速度傳感器、后置激光雷達以及CCD圖像傳感器?；識別模塊、加速度識別模塊以及圖像識別模塊，所述激光識別模塊，用于分別獲取前置激光雷達、后置激光雷達采集的激光數據，根據激光數據生成路面種類識別結果；所述加速度識別模塊，用于獲取加速度傳感器獲取的加速度數據，根據所述加速度數據生成路面種類識別結果；圖像識別模塊，用于獲取圖像采集器獲取的加速度數據，根據所述圖像數據生成路面種類識別結果；并將所述的路面識別結果輸出至云服務器的第一運算模塊；所述云服務器的第一運算模塊，包括路面種類識別結果合并模塊、路面種類生成單元，其中所述路面種類識別合并單元，用于根據投票法將獲取的所述的路面種類結果進行合并處理，得到對應每個傳感器的路面種類識別結果合并后識別結果；其中，創建的馬爾科夫隨機場模型的能量方程為：其中，i為被識別路段的序號，i為整數且i≥2，xi為第i個路段待優化的前置激光雷達的路面種類識別結果，xi?1為第i?1個路段的最終路面種類識別結果，yi為第i個路段前置激光雷達的合并后的路面種類識別結果，ui?1為第i?1個路段圖像傳感器的合并后的路面種類識別結果，wi?1為第i?1個路段加速度傳感器的合并后的路面種類識別結果，vi?1為第i?1個路段后置激光雷達的合并后的路面種類識別結果，ρ為xi與xi?1之間的鏈接勢能，ri為xi與yi之間的鏈接勢能，k1i?1為xi與ui?1之間的鏈接勢能，k2i?1為xi與wi?1之間的鏈接勢能，k3i?1為xi與vi?1之間的鏈接勢能；將所述第i個路段待優化的前置激光雷達的路面種類識別結果xi所對應的數值分別帶入所述能量方程進行計算，將能夠使能量方程E(x,y,u,w,v)的值最小的xi對應的路面種類作為所述最終路面種類識別結果；路面平整度測量單元，包括安裝在檢測車上的平整度檢測儀，微處理器的第二預處理模塊、云服務器的第二運算模塊；所述平整度測量儀包括二軸加速度傳感器、激光測距傳感器、里程計數傳感器、陀螺儀，其中所述二軸加速度傳感器用于在第t時刻時測量所述路面平整度檢測儀在垂直于所述路面平整度檢測儀方向上的第一加速度a_measuredy(t)和在平行于所述路面平整度檢測儀方向上的第二加速度a_measuredx(t)；所述激光測距傳感器用于測量所述路面平整度檢測儀在第t時刻時與路面之間的距離h(t)；所述里程計數傳感器用于測量所述路面平整度檢測儀在第t時刻時的水平位移量sx(t)；所述陀螺儀用于測量所述路面平整度檢測儀在第t時刻時與水平路面之間的旋轉角度θ(t)；所述微處理器的第二預處理模塊，用于獲取所述的第一加速度a_measuredy(t)、第二加速度a_measuredx(t)、測量所述路面平整度檢測儀、與路面之間的距離h(t)、水平位移量sx(t)、旋轉角度θ(t)；并將獲取的所述的第一加速度a_measuredy(t)、第二加速度a_measuredx(t)、旋轉角度θ(t)和重力加速度g輸出至云服務器的第二運算模塊；所述第二運算模塊，根據在第t時刻時，所述的第一加速度a_measuredy(t)、第二加速度a_measuredx(t)、旋轉角度θ(t)和重力加速度g，計算所述路面平整度檢測儀第t時刻時在豎直方向上的振動加速度ay(t)；根據所述振動加速度ay(t)，計算所述路面平整度檢測儀第t時刻時在豎直方向上振動的位移量sy(t)；根據所述路面平整度檢測儀與所述路面之間的距離h(t)和所述路面平整度檢測儀在豎直方向上振動的位移量sy(t)，獲取在所述水平位移量sx(t)范圍內所述路面的路面平整度wy(t)；路面破損定位單元，包括攝像機、GPS定位器以及微處理器的第三預處理模塊、云服務器的第三運算模塊；所述的攝像機獲取路面圖像數據，GPS定位器記錄當前圖像幀對應的路面地理位置信息，并輸出圖像數據、GPS定位數據至微處理器的第三預處理模塊；所述第三預處理單元用于對所述圖像數據進行預處理，并將預處理后的圖像數據以及圖像數據的拍攝時間和GPS定位信息輸出至云服務器的第三...

【技術特征摘要】
1.一種路面使用過程中的狀態測定系統，其特征在于，首先對路面類型進行測定，然后測定路面的平整度，最后檢測路面上是否存在破損；所述系統包括：檢測車；路面種類測定單元，用于測定路面的類型，輸出路面種類識別結果；路面平整度測量單元，用于測定路面的平整度；路面破損定位單元，用于檢測路面是否有破損，檢測到路面破損時，采集破損路面的圖像信息，并獲取所述破損路面的位置信息；其中，路面種類測定單元，包括檢測數據獲取模塊、微處理器的第一預處理模塊、云服務器的第一運算模塊；所述檢測數據獲取模塊，包括安裝在檢測車上的前置激光雷達、加速度傳感器、后置激光雷達以及CCD圖像傳感器；微處理器的第一預處理模塊，包括傳感器數據獲取模塊，用于獲取所述的前置激光雷達、加速度傳感器、后置激光雷達以及CCD圖像傳感器；識別模塊、加速度識別模塊以及圖像識別模塊，所述激光識別模塊，用于分別獲取前置激光雷達、后置激光雷達采集的激光數據，根據激光數據生成路面種類識別結果；所述加速度識別模塊，用于獲取加速度傳感器獲取的加速度數據，根據所述加速度數據生成路面種類識別結果；圖像識別模塊，用于獲取圖像采集器獲取的加速度數據，根據所述圖像數據生成路面種類識別結果；并將所述的路面識別結果輸出至云服務器的第一運算模塊；所述云服務器的第一運算模塊，包括路面種類識別結果合并模塊、路面種類生成單元，其中所述路面種類識別合并單元，用于根據投票法將獲取的所述的路面種類結果進行合并處理，得到對應每個傳感器的路面種類識別結果合并后識別結果；其中，創建的馬爾科夫隨機場模型的能量方程為：其中，i為被識別路段的序號，i為整數且i≥2，xi為第i個路段待優化的前置激光雷達的路面種類識別結果，xi-1為第i-1個路段的最終路面種類識別結果，yi為第i個路段前置激光雷達的合并后的路面種類識別結果，ui-1為第i-1個路段圖像傳感器的合并后的路面種類識別結果，wi-1為第i-1個路段加速度傳感器的合并后的路面種類識別結果，vi-1為第i-1個路段后置激光雷達的合并后的路面種類識別結果，ρ為xi與xi-1之間的鏈接勢能，ri為xi與yi之間的鏈接勢能，k1i-1為xi與ui-1之間的鏈接勢能，k2i-1為xi與wi-1之間的鏈接勢能，k3i-1為xi與vi-1之間的鏈接勢能；將所述第i個路段待優化的前置激光雷達的路面種類識別結果xi所對應的數值分別帶入所述能量方程進行計算，將能夠使能量方程E(x,y,u,w,v)的值最小的xi對應的路面種類作為所述最終路面種類識別結果；路面平整度測量單元，包括安裝在檢測車上的平整度檢測儀，微處理器的第二預處理模塊、云服務器的第二運算模塊；所述平整度測量儀包括二軸加速度傳感器、激光測距傳感器、里程計數傳感器、陀螺儀，其中所述二軸加速度傳感器用于在第t時刻時測量所述路面平整度檢測儀在垂直于所述路面平整度檢測儀方向上的第一加速度a_measuredy(t)和在平行于所述路面平整度檢測儀方向上的第二加速度a_measuredx(t)；所述激光測距傳感器用于測量所述路面平整度檢測儀在第t時刻時與路面之間的距離h(t)；所述里程計數傳感器用于測量所述路面平整度檢測儀在第t時刻時的水平位移量sx(t)；所述陀螺儀用于測量所述路面平整度檢測儀在第t時刻時與水平路面之間的旋轉角度θ(t)；所述微處理器的第二預處理模塊，用于獲取所述的第一加速度a_measuredy(t)、第二加速度a_measuredx(t)、測量所述路面平整度檢測儀、與路面之間的距離h(t)、水平位移量sx(t)、旋轉角度θ(t)；并將獲取的所述的第一加速度a_measuredy(t)、第二加速度a_measuredx(t)、旋轉角度θ(t)和重力加速度g輸出至云服務器的第二運算模塊；所述第二運算模塊，根據在第t時刻時，所述的第一加速度a_measuredy(t)、第二加速度a_measuredx(t)、旋轉角度θ(t)和重力加速度g，計算所述路面平整度檢測儀第t時刻時在豎直方向上的振動加速度ay(t)；根據所述振動加速度ay(t)，計算所述路面平整度檢測儀第t時刻時在豎直方向上振動的位移量sy(t)；根據所述路面平整度檢測儀與所述路面之間的距離h(t)和所述路面平整度檢測儀在豎直方向上振動的位移量sy(t)，獲取在所述水平位移量sx(t)范圍內所述路面的路面平整度wy(t)；路面破損定位單元，包括攝像機、GPS定位器以及微處理器的第三預處理模塊、云服務器的第三運算模塊；所述的攝像機獲取路面圖像數據，GPS定位器記錄當前圖像幀對應的路面地理位置信息，并輸出圖像數據、GPS定位數據至微處理器的第三預處理模塊；所述第三預處理單元用于對所述圖像數據進行預處理，并將預處理后的圖像數據以及圖像數據的拍攝時間和GPS定位信息輸出至云服務器的第三運算模塊；所述云服務器的所述第三運算模塊，用于對預處理后的路面數據利用圖像識別方法對路面路面數據進行識別獲得包含破損的路面數據，獲得包含破損的路面數據以及該圖像數據的拍攝時間和GPS定位信息；其中，所述的微處理器設置在檢測車上，所述微處理器和所述云服務器通過無線網絡進行數據傳輸。2.根據權利要求1所述的路面使用過程中的狀態測定系統，其特征在于，所述的微處理器的第三預處理單元，對路面圖像的預處理方法包括：對獲取的圖像數據進行色彩分析和灰度化處理，將彩色圖像轉換為灰度圖像；對圖像數據作離散Daubechies4小波變換，得到圖像數據的小波變換系數，Daubechies4小波的高頻濾波器系數[G0G1G2G3]和低頻濾波器系數[H0H1H2G3]分別為：采用n×n的窗口沿著圖像數據平滑移動，計算圖像數據小波變換系數之間的相關性，得到收縮權值后的圖像數據，其中相關性R的計算公式為：上式中，X、Y為圖像中任意兩個n×n窗口子圖像的組合，分別為子圖灰度值總和，為X、Y兩個子圖對應位置灰度值相乘積后求和；對收縮權值后的圖像數據進行軟閾值處理，軟閾值λ的計算公式為：上式中，N×N為收縮權值后圖像數據的大小，σ為噪聲方差；對圖像數據進行離散Daubechies4小波反變換，得到去噪后的圖像數據；對去噪后的圖像數據進行增強。3.根據權利要求1所述的路面使用過程中的狀態測定系統，其特征在于，激光雷達識別路面類型的具體步驟包括：采集激光雷達輸出的采樣點的坐標數據和反射能量數據；根據所述坐標數據生成直角坐標形式的路面輪廓數據，其中所述采樣點的坐標數據由極坐標形式轉化成直角坐標形式，利用下式實現：其中，i為激光雷達的采樣點的序號，ri為激光雷達的采樣點的極坐標數據，θi為激光光束與激光雷達垂直于地面方向的夾角，H為激光雷達相對于平整地面的絕對安裝高度，所述直角坐標系的圓心位于激光雷達的激光發射點，xi為采樣點相對于激...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫雪偉，耿磊，陳李峰，楊響，呂浩，盧澤紅，周凱，
申請(專利權)人：江蘇中路新材料科技發展有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32