一种路面健康状况快速检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种路面健康状况快速检测系统及方法，包括采集模块：用于获取车内振动加速度、路面病害视频和GPS定位数据；车载终端：用于接收各采集模块的数据，对采集到的数据进行预处理，并将处理后的数据上传至云上服务器；云上服务器：用于接收、解析和存储车载终端上传的数据；以及可视化终端：用于发布数据和生成报表，提供实时、多维度和定制化展示检测结果；所述采集模块和车载终端之间通过传输模块相连，所述车载终端、云上服务器以及可视化终端之间通过网络相连。本发明专利技术集数据采集、传输、解析、发布于一体，大大降低了检测成本，能够方便地为社会公众提供准确、高频的道路路面状况、道路安全信息。

A Rapid Pavement Health Detection System and Method

The invention discloses a rapid detection system and method for road health condition, including acquisition module: used for acquiring in-car vibration acceleration, road disease video and GPS positioning data; vehicle terminal: used for receiving data of each acquisition module, preprocessing the collected data, and uploading the processed data to the cloud server; cloud server: used for receiving and decoding. Analysis and storage of data uploaded by vehicle terminal; and visualization terminal: for publishing data and generating reports, providing real-time, multi-dimensional and customized display of test results; the acquisition module and vehicle terminal are connected by transmission module, and the vehicle terminal, cloud server and visualization terminal are connected by network. The invention integrates data acquisition, transmission, analysis and publication, greatly reduces the detection cost, and can conveniently provide accurate and high frequency road surface condition and road safety information for the public.

【技术实现步骤摘要】
一种路面健康状况快速检测系统及方法
本专利技术涉及一种路面检测系统及方法，尤其涉及一种路面健康状况快速检测系统及方法。
技术介绍
近几年来，基于数据驱动的养护决策已经成为了国家政策要求，但我国仍面临的巨大的检测压力，在超过450万公里的公路网中，仅有10％左右的高速公路、高等级公路得到了有效检测，而对于大范围的低等级道路、乡镇道路却缺少合适的检测手段，仅有少数的大城市对其城市道路进行日常检测维护。目前，主流的路面检测方法如激光检测仪、三维雷达检测仪等其价格往往在100-1200万之间不等，澳大利亚ARRB集团开发的多功能检测车价格更是高达2400万，难以大量引进并用于道路质量快速检测。而另一方面，许多传统的检测方法，如三米尺、水准仪、手推式断面仪等，虽然价格廉宜，但由于是半人工半机械的操作方式，其检测效率低，一般仅作为设备标定使用，无法大范围推广。除此之外，国内的道路管理系统存在成本高、效率偏低的缺陷。道路检测数据由于地区的差异，数据交互程度低，优良的养护维修决策无法广泛应用。而近年来，随着“互联网+”概念的快速兴起，国家和地方的路政部门逐渐开放了许多路政数据。这些数据存量巨大，若能进行合理的挖掘和利用，将会给社会带来巨大的便利和效益。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种路面健康状况快速检测系统及方法，集数据采集、传输、解析、发布于一体，大大降低了检测成本，能够方便地为社会公众提供准确、高频的道路路面状况、道路安全信息。本专利技术为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种路面健康状况快速检测系统，包括采集模块：用于获取车内振动加速度、路面病害视频和GPS定位数据；车载终端：用于接收各采集模块的数据，对采集到的数据进行预处理，并将处理后的数据上传至云上服务器；云上服务器：用于接收、解析和存储车载终端上传的数据；以及可视化终端：用于发布数据和生成报表，提供实时、多维度和定制化展示检测结果；所述采集模块和车载终端之间通过传输模块相连，所述车载终端、云上服务器和可视化终端之间通过网络相连。进一步地，所述采集模块包括车内振动加速度采集模块、路面病害视频采集模块和GPS定位采集模块。进一步地，所述车内振动加速度采集模块为两个对称分布的三轴MEMS振动传感器，两个三轴MEMS振动传感器固定在车辆后备箱上，且位于后轮上方处，使得振动传感器的x轴与车身方向平行，z轴与车高方向平行。进一步地，所述路面病害视频采集模块为工业数字相机，所述工业数字相机分辨率≥200万像素，最大像元≤7.5μm，光圈≥F1.4。本专利技术为解决上述技术问题还提供一种路面健康状况快速检测方法，所述车内振动加速度采集模块为两个对称分布的三轴MEMS振动传感器，所述路面病害视频采集模块为工业数字相机，所述车载终端将采集处理后的数据存入本地的GPS数据库、平整度数据库和路面状况指数数据库；所述检测方法包括如下步骤：S1)路面平整度采集：由两个MEMS振动传感器采集车辆的振动信息，并由车载终端运用功率谱密度算法计算出路面国际平整度指数IRI；S2)路面病害状况采集：由车载的工业数字相机采集路面图片，并通过深度神经网络算法，识别出图片中的路面病害，并根据路面病害计算出路面状况指数PCI；S3)数据上传：在检测的过程中，车载终端不断访问本地的GPS数据库、平整度数据库、路面状况指数数据库，当数据库中有未上传的记录时，车载终端将数据调出来并通过传输模块上传至云端平台；S4)可视化展示：云上服务器将路面状况指数PCI、路面平整度数据与GPS数据进行匹配，将国际平整度指数IRI换算成路面行驶质量指数RQI并与GPS数据进行匹配，同时将路面状况指数PCI、路面行驶质量指数RQI进一步和GIS地图中的电子路段进行匹配，进而可视化展示路面平整度、路面破损的状况。进一步地，所述步骤S1包括：S11)GPS定位采集模块持续采集车辆的位置信息，并不断计算车辆假设的累积位移；车辆从静止启动，位移从0开始累计；S12)两个车载MEMS振动传感器持续采集车辆的振动数据，并将数据传输至车载终端；平整度数据的采集频率会根据车速调整：当车速为0时，采集频率为0Hz；当车速为3.6km/h时，采集频率为20Hz；车速为36km/h时，采集频率为200Hz；当车速为vkm/h时，采集频率为S13)当累计的位移达到或超过预定距离时，车载终端将之前一直采集的振动数据保存成一段待处理数据，并使用功率谱密度算法处理该数据，计算出该路段的国际平整度指数IRIi，同时根据定位传感器采集的位置信息计算出该路段的形心位置，并将平整度计算结果及与之对应的路段形心位置将保存在本地的平整度数据库中；S14)累积位移重新归零，重复步骤S12和骤S13，开始下一个路段的位置采集。进一步地，所述步骤S1还包括定期为检测车辆进行标定测试，调整功率谱算法的相关参数，标定测试的方法为：让车辆在一条一定长度的、国际平整度指数IRI0已知的路段上行驶，振动传感器采集车辆振动信息，并通过功率谱密度算法计算出IRI1，并与IRI0进行对比：若结果满足则认为车辆振动参数标定结果准确；反之，则继续调整车辆的振动参数，直至满足在进行标定采集时，车速分别控制在20km/h、40km/h、60km/h，匀速行驶，每个车速情况下至少采集2次。进一步地，所述步骤S2包括：S21)定位采集传感器持续采集车辆的位置信息，并不断计算车辆假设的累积位移；车辆从静止启动，位移从0开始累计；S22)工业数字相机采集路面图片，采集路面图片的频率会根据车速进行调整；当车速为0时，图片采集的频率为0；当车速为3.6km/h时，图片采集频率为1Hz；当车速为vkm/h时，图片的采集频率为(20×v)/3.6Hz；S23)检测过程中，采集的图像保存在本地的文件夹中，定位传感器采集的位置信息会保存在本地的GPS数据库中，同时与该GPS对应的采集图像路径也会写入到该GPS数据库中；S24)当累计的位移达到或超过预定距离时，车载终端将该路段内采集到的所有图像输入到神经网络算法中，通过神经网络算法识别出第i类路面的病害并计算出病害区域的面积Ai，对应的病害程度wi,计算出该路段的路面破损率DRi，并计算出该路段的路面状况指数PCIi，同时根据定位传感器采集的位置信息计算出该路段的形心位置；路面状况指数PCI计算结果及与之对应的路段形心位置将保存在本地的路面状况指数数据库中。进一步地，所述步骤S3中路面图片采集如下：S31)根据相机内参标定过程中，照片视角、畸变对照片的变换关系，对照片进行视角变换处理，照片视角变化后的有效区域面积为A；S32)运用训练好的神经网络对视角变换后的图片的有效区域中的病害类型进行识别，识别出照片中第i类路面病害的类型Ai、对应的病害程度wi，并根据如下公式计算路面破损率：式中，DR为路面破损率，为各种损坏引起的整个损坏面积之和与照片内有效区域面积的百分比；wi为第i类路面损坏的权重；S33)车载终端根据累计位移来计算路段的PCI，具体为：假设车辆从静止启动，位移从0开始累计，当累计的位移达到或超过20m时，计算这段累计路程内的路面损坏状况指数PCI，计算结果与对应的GPS数据记录在本地的PCI数据库，同时车载终端累计的位移从0重新累计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种路面健康状况快速检测系统，其特征在于，包括：采集模块：用于获取车内振动加速度、路面病害视频和GPS定位数据；车载终端：用于接收各采集模块的数据，对采集到的数据进行预处理，并将处理后的数据上传至云上服务器；云上服务器：用于接收、解析和存储车载终端上传的数据；以及可视化终端：用于发布数据和生成报表，提供实时、多维度和定制化展示检测结果；所述采集模块和车载终端之间通过传输模块相连，所述车载终端、云上服务器和可视化终端之间通过网络相连。

【技术特征摘要】
1.一种路面健康状况快速检测系统，其特征在于，包括：采集模块：用于获取车内振动加速度、路面病害视频和GPS定位数据；车载终端：用于接收各采集模块的数据，对采集到的数据进行预处理，并将处理后的数据上传至云上服务器；云上服务器：用于接收、解析和存储车载终端上传的数据；以及可视化终端：用于发布数据和生成报表，提供实时、多维度和定制化展示检测结果；所述采集模块和车载终端之间通过传输模块相连，所述车载终端、云上服务器和可视化终端之间通过网络相连。2.如权利要求1所述的路面健康状况快速检测系统，其特征在于，所述采集模块包括车内振动加速度采集模块、路面病害视频采集模块和GPS定位采集模块。3.如权利要求2所述的路面健康状况快速检测系统，其特征在于，所述车内振动加速度采集模块为两个对称分布的三轴MEMS振动传感器，两个三轴MEMS振动传感器固定在车辆后备箱上，且位于后轮上方处，使得振动传感器的x轴与车身方向平行，z轴与车高方向平行。4.如权利要求2所述的路面健康状况快速检测系统，其特征在于，所述路面病害视频采集模块为工业数字相机，所述工业数字相机分辨率≥200万像素，最大像元≤7.5μm，光圈≥F1.4。5.一种路面健康状况快速检测方法，采用如权利要求2所述的路面健康状况快速检测系统，其特征在于，所述车内振动加速度采集模块为两个对称分布的三轴MEMS振动传感器，所述路面病害视频采集模块为工业数字相机，所述车载终端将采集处理后的数据存入本地的GPS数据库、平整度数据库和路面状况指数数据库；所述检测方法包括如下步骤：S1)路面平整度采集：由两个MEMS振动传感器采集车辆的振动信息，并由车载终端运用功率谱密度算法计算出路面国际平整度指数IRI；S2)路面病害状况采集：由车载的工业数字相机采集路面图片，并通过深度神经网络算法，识别出图片中的路面病害，并根据路面病害计算出路面状况指数PCI；S3)数据上传：在检测的过程中，车载终端不断访问本地的GPS数据库、平整度数据库、路面状况指数数据库，当数据库中有未上传的记录时，车载终端将数据调出来并通过传输模块上传至云端平台；S4)可视化展示：云上服务器将路面状况指数PCI、路面平整度数据与GPS数据进行匹配，将国际平整度指数IRI换算成路面行驶质量指数RQI并与GPS数据进行匹配，同时将路面状况指数PCI、路面行驶质量指数RQI进一步和GIS地图中的电子路段进行匹配，进而可视化展示路面平整度、路面破损的状况。6.如权利要求5所述的路面健康状况快速检测方法，其特征在于，所述步骤S1包括：S11)GPS定位采集模块持续采集车辆的位置信息，并不断计算车辆假设的累积位移；车辆从静止启动，位移从0开始累计；S12)两个车载MEMS振动传感器持续采集车辆的振动数据，并将数据传输至车载终端；平整度数据的采集频率会根据车速调整：当车速为0时，采集频率为0Hz；当车速为3.6km/h时，采集频率为20Hz；车速为36km/h时，采集频率为200Hz；当车速为vkm/h时，采集频率为S13)当累计的位移达到或超过预定距离时，车载终端将之前一直采集的振动数据保存成一段待处理数据，并使用功率谱密度算法处理该数据，计算出该路段的国际平整度指数IRIi，同时根据定位传感器采集的位置信息计算出该路段的形心位置，并将平整度计算结果及与之对应的路段形心位置将保存在本地的平整度数据库中；S14)累积位移重新归零，重复步骤S12和骤S13，开始下一个路段的位置采集。7.如权利要求6所述的路面健康状况快速检测方法，其特征在于，所述步骤S1还包括定期为检测车辆进行标定测试，调整功率谱算法的相关参数，标定测试的方法为：让车辆在一条一定长度的、国际平整度指数IRI0已知的路段上行驶，振动传感器采集车辆振动信息，并通过功率谱密度算法计算出IRI1，并与IRI0进行对比：若结果...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓明，钟盛，常光照，张少为，丁健凯，
申请(专利权)人：上海智能交通有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31