一种道路路面状况检测方法及检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种道路路面状况检测方法及检测系统，采用白天使用阳光作为光源、晚上使用光照强度恒定的波长范围为580‑1100nm的灯源作为光源，采集两块本底580‑1100波段的反射光谱数据，利用不同物质的反射比不同和不同光照情况下不同物质的光谱曲线变化情况不同，使用比值法判断路面状况。本发明专利技术采集580‑1100波段的光谱曲线，对比强吸收和强反射方式的单点光谱采集方式，准确定更高、稳定性更好。

A Method and System for Road Pavement Condition Detection

【技术实现步骤摘要】
一种道路路面状况检测方法及检测系统
本专利技术涉及路面状况监控
，尤其涉及一种道路路面状况检测方法及检测系统。
技术介绍
路面传感器在公路气象系统中起着重要的作用，对特定路面、桥梁、问题路段、机场、高速公路等，全天候、方便、快速、准确的提供路面状况信息。对路面状况的监控，及时地采取正确的措施，可以大大提高公路交通的安全性。当路面结冰、积水或者存在积雪时，更容易引发交通事故。由于道路上的条件相对恶劣，存在较多的不稳定因素(噪音、强光等)，冰层分布不均匀，现有裂缝检测方法存在以下缺点:(1)光纤式结冰监测技术，测量精度高，能精确地探测出薄冰的存在。但由于电压饱和现象，该传感器只能探测到3.7mm(视当时温度而定)以下薄冰的厚度。且作为光强调制型传感器，它又存在一定的缺陷:以接收器收到的光强为判断依据，不可避免地会受到外界环境杂光的污染，以及光源功率波动、光纤传输损耗等因素的影响(2)电学式结冰监测技术，工艺相对简单，造价低廉，且判断准确率较高，但响应时间较长，且需要安装在路面下，安装麻烦，容易导致安装引起的交通干扰。(3)机械式结冰监测技术，磁致伸缩振筒式工作可靠、强度高、性能稳定，但是一般要把探头安置在与路面齐平的位置，但是探头本身属于比较脆弱的仪器，而道路环境相对恶劣，探头很容易被过往车辆或一些不确定因素损坏。压电平膜式具有小型、灵敏、响应快的特性，但安装麻烦，容易导致安装引起的交通干扰。(4)主动式红外冰监测技术，精度高，响应快。但是这种光学仪器比较脆弱，容易受外界强光、杂光(如车灯)的影响；需要使用造价较高的高精度激光作为光源，设备复杂，量产困难；如果检测区出现杂物，会导致误检测，不能广泛适用各种公路。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种道路路面状况检测方法及检测系统，用于解决路面冰水检测难度较大，现有的检测装置容易受外界强光、杂光影响，不能广泛使用各种公路的问题。本专利技术通过以下技术手段解决上述技术问题：一种道路路面状况检测方法，包括如下步骤：平行于路面放置第一本底，垂直于路面放置第二本底，所述第一本底表面和第二本底表面在检测光源的照射下反射光线；采集所述第一本底和所述第二本底的反射光谱数据；比较第一本底反射光谱数据和第二本底反射光谱数据，得到道路路面状况检测结果。进一步，所述检测光源为太阳光或人造灯源中的一种。进一步，所述检测结果为路面积雪、路面正常、路面结冰或路面有水中的一种。进一步，比较第一本底反射光谱数据和第二本底反射光谱数据，得到道路路面状况检测结果，具体步骤包括：对第一本底反射光谱数据和第二本底反射光谱数据进行预处理；根据第二本底反射光谱数据判断所述检测光源类型；用预处理后的第二本底反射光谱数据除以预处理后的第一本底反射光谱数据，得到比较数据，根据所述比较数据的波形判断道路路面状况，得到道路路面状况检测结果。进一步，当所述检测光源为太阳光时：若所述比较数据的波形位于第一设定区间内，则所述道路路面状况为路面正常；若所述比较数据的波形位于所述第一设定区间下方，则所述道路路面状况为路面积雪；若所述比较数据的波形位于所述第一设定区间上方，将所述第一光谱数据输入BP神经网络分类模型中进行识别，以判断道路路面状况为路面结冰或路面有水中的一种。进一步，训练BP神经网络，以得到所述BP神经网络分类模型的方法包括：大量采集15000-70000/counts光照下，分别带有1mm-10mm水量的、1mm-10mm厚度的冰层的第一本底的反射光谱样本数据，和同等光照强度下第二本底的反射光谱样本数据；对第一本底的反射光谱样本数据和第二本底的反射光谱样本数据进行预处理；用预处理后的第二本底的反射光谱样本数据除以预处理后的第一本底的反射光谱样本数据，得到样本比较数据，并取出第二本底的反射光谱曲线中660-680nm波段的光谱样本数据作为光源环境特征值；将样本比较数据与光源环境特征值进行融合，得到修正样本比较数据；将修正样本比较数据按照一定比例分为训练样本数据和测试样本数据，将训练样本数据输入BP神经网络模型，对BP神经网络模型进行训练，将测试样本数据输入训练后的BP神经网络模型进行验证，得到所述BP神经网络分类模型。进一步，当所述检测光源为人造灯源时：若所述比较数据的波形位于第一设定区间内，则所述道路路面状况为路面正常；若所述比较数据的波形位于所述第一设定区间下方，则所述道路路面状况为路面积雪；若所述比较数据的波形位于所述第一设定区间上方，且所述比较数据的波形位于第二设定区间内，则所述道路路面状况为路面结冰；若所述比较数据的波形位于第二设定区间上方，则所述道路路面状况为路面有水。进一步，所述预处理包括十次波形相加求平均和五点三次算法平滑处理。本专利技术还提供了一种道路路面状况检测系统，包括:第一光谱仪、第二光谱仪、第一本底、第二本底、检测光源、数据处理器、预警器和显示器，所述第一光谱仪和第二光谱仪均与数据处理器连接；所述检测光源用于照射第一本底表面和第二本底表面，使第一本底表面和第二本底表面反射光线；所述第一本底与路面平行放置，以使冰、水和雪能够自然落于第一本底上面；所述第二本底与路面垂直放置，以避免冰、水和雪落于第二本底上；所述第一光谱仪用于采集所述第一本底的反射光谱数据；所述第二光谱仪用于采集所述第二本底的反射光谱数据；所述数据处理器用于对第一本底的反射光谱数据和第二本底的反射光谱数据进行比较，以得到道路路面状况检测结果，并将所述检测结果传输到显示器和预警器；所述预警器安装于道路上，用于根据接收到的检测结果，发出预警；所述显示器安装在控制室中，用于显示所述检测结果。进一步，所述检测光源为太阳光或人造灯源。本专利技术的有益效果：(1)对比光纤式结冰检测技术、电学式结冰监测技术和机械式结冰监测技术，本专利技术的检测方法和系统检测路面的方式属于遥测非接触式，所以避免了对路面的破坏，且安装方便。(2)对比主动式红外冰监测技术，本专利技术的系统不采用造价昂贵的高精度激光发射器，设备简单，适合量产；因为没有直接采集路面，而且将设备放在路旁边，所以避免了杂物或者泥块存在于检测区造成的误检测，适用于各种路段的检测。同时，因为不直接采集路面，所以安装要求低，拆装方便，有很好的可转移性。通过阳光作为检测光源，可以有效的得知当天天晴的状况，可以提供更有效的数据。采集580-1180nm波段的光谱曲线，对比强吸收和强反射方式的单点光谱采集方式，准确定更高、稳定性更好。附图说明图1是本专利技术一种道路路面状况检测方法的流程图；图2是本专利技术一种道路路面状况检测系统的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的太阳光源和人造灯源照射情况下的第二本底的反射光谱波形图；图4是本专利技术实施例提供的阳光光照下的第二本底、冰、水、雪的反射光谱曲线；图5是本专利技术实施例提供的38000/counts光强度下冰、水波形C的数据波形；图6是本专利技术实施例提供的50000/counts光强度下冰、水波形C的数据波形；图7是本专利技术实施例提供的38420/counts光强度下水的比较数据C的数据波形和594000/counts光强度下冰的比较数据C的数据波形；图8是本专利技术实施例提供的38420/counts光强和59400/counts光强情况下第二本底的反射光谱曲线；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种道路路面状况检测方法，其特征在于，包括如下步骤：平行于路面放置第一本底，垂直于路面放置第二本底，所述第一本底表面和第二本底表面在检测光源的照射下反射光线；采集所述第一本底和所述第二本底的反射光谱数据；比较第一本底反射光谱数据和第二本底反射光谱数据，得到道路路面状况检测结果。

【技术特征摘要】
1.一种道路路面状况检测方法，其特征在于，包括如下步骤：平行于路面放置第一本底，垂直于路面放置第二本底，所述第一本底表面和第二本底表面在检测光源的照射下反射光线；采集所述第一本底和所述第二本底的反射光谱数据；比较第一本底反射光谱数据和第二本底反射光谱数据，得到道路路面状况检测结果。2.根据权利要求1所述的一种道路路面状况检测方法，其特征在于，所述检测光源为太阳光或人造灯源中的一种。3.根据权利要求2所述的一种道路路面状况检测方法，其特征在于，所述检测结果为路面积雪、路面正常、路面结冰或路面有水中的一种。4.根据权利要求3所述的一种道路路面状况检测方法，其特征在于，比较第一本底反射光谱数据和第二本底反射光谱数据，得到道路路面状况检测结果，具体步骤包括：对第一本底反射光谱数据和第二本底反射光谱数据进行预处理；根据第二本底反射光谱数据判断所述检测光源类型；用预处理后的第二本底反射光谱数据除以预处理后的第一本底反射光谱数据，得到比较数据，根据所述比较数据的波形判断道路路面状况，得到道路路面状况检测结果。5.根据权利要求4所述的一种道路路面状况检测方法，其特征在于，当所述检测光源为太阳光时：若所述比较数据的波形位于第一设定区间内，则所述道路路面状况为路面正常；若所述比较数据的波形位于所述第一设定区间下方，则所述道路路面状况为路面积雪；若所述比较数据的波形位于所述第一设定区间上方，将所述第一光谱数据输入BP神经网络分类模型中进行识别，以判断道路路面状况为路面结冰或路面有水中的一种。6.根据权利要求5所述的一种道路路面状况检测方法，其特征在于，训练BP神经网络，以得到所述BP神经网络分类模型的方法包括：大量采集15000-70000/counts光照下，分别带有1mm-10mm水量的、1mm-10mm厚度的冰层的第一本底的反射光谱样本数据，和同等光照强度下第二本底的反射光谱样本数据；对第一本底的反射光谱样本数据和第二本底的反射光谱样本数据进行预处理；用预处理后的第二本底的反射光谱样本数据除以预处理后的第一本底的反射光谱样本数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊显名，张文涛，张乾坤，曾启林，张丽娟，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45