一种基于多光谱的路面水冰雪识别分类方法技术

本发明专利技术的一种基于多光谱的路面水冰雪识别分类方法,通过如下步骤实现：步骤一、在路面检测处设置检测装置，步骤二、计算出射光强度系数；步骤三、计算出来的出射光强度系数计算出检测装置在六种路面状态下的基准反射率，步骤四，建立不同路面状态的坐标，形成一个训练集样本；步骤五，采用knn算法对测试路面状态进行分类。与现有技术相比，利用三种波长光的六个反射光特征值来判断路面状态，能够识别出干燥、积水、结冰、积雪、污水和沙土六种路面状态，并能提高识别路面状态的准确率，识别较为精准。准。准。

【技术实现步骤摘要】
的出射光强度系数波长为λ2的出射光强度系数波长为λ3的出射光强度系数
[0009]步骤三、根据步骤二计算出来的出射光强度系数计算出检测装置在六种路面状态下的基准反射率，计算时，通过反射率等于反射光强度系数与出射光强度系数的比值关系，得到反射率其中β
i
为当前路面状态下计算的反射光强度系数，计算出在波长λ1下得到干燥路面的基准反射率r
干燥1
、积水路面的基准反射率r
积水1
、结冰路面的基准反射率r
结冰1
、积雪路面的基准反射率r
积雪1
、污水路面的基准反射率r
污水1
和沙土路面的基准反射率r
沙土1
；
[0010]在波长λ2下得到干燥路面的反射率r
干燥2
、积水路面的反射率r
积水2
、结冰路面的反射率r
结冰2
、积雪路面的反射率r
积雪2
、污水路面的反射率r
污水2
和沙土路面的反射率r
沙土2
；
[0011]在波长λ3下得到干燥路面的反射率r
干燥3
、积水路面的反射率r
积水3
、结冰路面的反射率r
结冰3
、积雪路面的反射率r
积雪3
、污水路面的反射率r
污水3
和沙土路面的反射率r
沙土3
；
[0012]步骤四，建立不同路面状态的坐标，形成一个训练集样本；建立每一个路面状态的坐标时将步骤三计算出来的当前路面状态下三种波长的反射率和该三个反射率中两两反射率的比值分别作为一个特征值，将六个特征值记为该路面状态下的坐标，即分别建立出干燥路面所对应的基准坐标、积水路面所对应的基准坐标、结冰路面所对应的基准坐标、积雪路面所对应的基准坐标、污水路面所对应的基准坐标和沙土路面所对应的基准坐标；
[0013]步骤五，采用knn算法对测试路面状态进行分类，分类时，先计算出所测路面状态时当前的反射强度系数β
测
，并利用步骤二计算出来的出射光强度系数，和反射率等于反射光强度系数与出射光强度系数的比值关系，计算出所测路面状态的反射率r
测
，即分别计算出所测路面状态在波长λ1下的反射率r
测1
、在波长λ2下的反射率r
测2
和波长λ3下的反射率r
测3
，计算得到的三组反射率，将此三组反射率值数据和三组反射率中两两反射率之间的比值数据作为一个被测样本的六维坐标，并导入步骤四的训练集样本中，采用欧几里得距离的计算公式计算出被测样本与训练集样本中各坐标之间的距离，通过各距离值排列得出距离值最小的路面状况权重大，从而得出当前路面状态。
[0014]在步骤二中，先设定λ1＝880nm，λ2＝660nm，λ3＝537nm，再由光电二极管分别得到波长为λ1的红外光反射光强度P
红外
，波长为λ2的红光反射光强度P
红
，波长为λ3的绿光反射光强度P
绿
，在红外光二极管、红光二极管和绿光二极管输入同样的多个具有线性比例关系的工作电流I
i
(i＝1，2，
…
，n)，光电二极管能相应得到多个反射光强度P
i
，则在波长为λ1下能相应得到多个红外光反射光强度相应得到多个红外光反射光强度在波长为λ2下能相应得到多个红光反射光强度在波长为λ3下能相应得到多个绿光反射光强度
[0015]再利用数理统计方法对多个工作电流与反射光强度作线性回归，得到P
i
＝β
·
I
i
+ε
i
(i＝1，2，
…
，n)，其中线性回归直线的斜率β记为单位电流下的反射光强度系数，ε
i
为在单
位电流下的环境温度产生的噪声，采用最小二乘法计算回归系数β，计算β的公式如下：
[0016][0017]其中，
[0018]计算时将作为上述计算公式的P
i
得到白纸在波长为λ1下的红外光反射光强度系数β
N1
，将代入上述计算公式P
i
中得到白纸在波长为λ2下的红光反射光强度系数β
N2
，将代入上述计算公式P
i
中得到白纸在波长为λ3下的绿光反射光强度系数β
N3
。
[0019]在步骤五中反射强度系数β
测
的计算方式采用步骤二中最小二乘法计算回归系数β的计算公式。
[0020]在步骤五中，所测得的数据中r
测1
≈r
干燥1
，r
测2
≈r
干燥2
，r
测3
≈r
干燥3
，r
测1
/r
测2
≈r
干燥1
/r
干燥2
，r
测2
/r
测3
≈r
干燥2
/r
干燥3
，r
测3
/r
测1
≈r
干燥3
/r
干燥1
，则判断出路面状态为干燥状态；
[0021]若r
测1
≈r
积水1
，r
测2
≈r
积水2
，r
测3
≈r
积水3
，r
测1
/r
测2
≈r
积水1
/r
积水2
，r
测2
/r
测3
≈r
积水2
/r
积水3
，r
测3
/r
测1
≈r
积水3
/r
积水1
，则判断出路面状态为积水状态；
[0022]若r
测1
≈r
结冰1
，r
测2
≈r
结冰2
，r
测3
≈r
结冰3
，r
测1
/r
测2
≈r
结冰1
/r
结冰2
，r
测2
/r
测3
≈r
结冰2
/r
结冰3
，r
测3
/r
测1
≈r
结冰3
/r
结冰1
，则判断出路面状态为结冰状态；
[0023]若r
测1
≈r
积雪1
，r
测2
≈r
积雪2
，r
测3
≈r
积雪3
，r
测1
/r
测2
≈r
积雪1<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多光谱的路面水冰雪识别分类方法,其特征在于:通过如下步骤实现：步骤一、在路面检测处设置检测装置，先在路面上挖一个凹坑，凹坑内具有互不透光的第一腔室和第二腔室，第一腔室内安装有其发光面朝上的发光二极管，发光二极管具有横向间隔排列成一排的红外光二极管、红光二极管和绿光二极管，第二腔室内安装有其接收面朝上设置的光电二极管，凹坑内放置有密封第一腔室腔口和第二腔室腔口的透光板；步骤二、将白纸在步骤一透光板上，计算白纸在特定波长下的反射强度系数β
N
，再计算出出射光强度系数β
M
；计算时设定红外光二极管的发射波长为λ1、红光二极管的发射波长为λ2和绿光二极管的发射波长为λ3，计算出波长为λ1下红外光的反射强度系数β
N1
，在波长为λ2下红光的反射强度系数β
N2
和在波长为λ3下绿光的反射强度系数β
N3
；再计算出波长为λ1的出射光强度系数波长为λ2的出射光强度系数波长为λ3的出射光强度系数步骤三、根据步骤二计算出来的出射光强度系数计算出检测装置在六种路面状态下的基准反射率，计算时，通过反射率等于反射光强度系数与出射光强度系数的比值关系，得到反射率其中β
i
为当前路面状态下计算的反射光强度系数，计算出在波长λ1下得到干燥路面的基准反射率r
干燥1
、积水路面的基准反射率r
积水1
、结冰路面的基准反射率r
结冰1
、积雪路面的基准反射率r
积雪1
、污水路面的基准反射率r
污水1
和沙土路面的基准反射率r
沙土1
；在波长λ2下得到干燥路面的反射率r
干燥2
、积水路面的反射率r
积水2
、结冰路面的反射率r
结冰2
、积雪路面的反射率r
积雪2
、污水路面的反射率r
污水2
和沙土路面的反射率r
沙土2
；在波长λ3下得到干燥路面的反射率r
干燥3
、积水路面的反射率r
积水3
、结冰路面的反射率r
结冰3
、积雪路面的反射率r
积雪3
、污水路面的反射率r
污水3
和沙土路面的反射率r
沙土3
；步骤四，建立不同路面状态的坐标，形成一个训练集样本；建立每一个路面状态的坐标时将步骤三计算出来的当前路面状态下三种波长的反射率和该三个反射率中两两反射率的比值分别作为一个特征值，将六个特征值记为该路面状态下的坐标，即分别建立出干燥路面所对应的基准坐标、积水路面所对应的基准坐标、结冰路面所对应的基准坐标、积雪路面所对应的基准坐标、污水路面所对应的基准坐标和沙土路面所对应的基准坐标；步骤五，采用knn算法对测试路面状态进行分类，分类时，先计算出所测路面状态时当前的反射强度系数β
测
，并利用步骤二计算出来的出射光强度系数，和反射率等于反射光强度系数与出射光强度系数的比值关系，计算出所测路面状态的反射率r
测
，即分别计算出所测路面状态在波长λ1下的反射率r
测1
、在波长λ2下的反射率r
测2
和波长λ3下的反射率r
测3
，计算得到的三组反射率，将此三组反射率值数据和三组反射率中两两反射率之间的比值数据作为一个被测样本的六维坐标，并导入步骤四的训练集样本中，采用欧几里得距离的计算公式计算出被测样本与训练集样本中各坐标之间的距离，通过各距离值排列得出距离值最小的路面状况权重大，从而得出当前路面状态。2.根据权利要求1所述的一种基于多光谱的路面水冰雪识别分类方法,其特征在于：在步骤二中，先设定λ1＝880nm，λ2＝660nm，λ3＝537nm，再由光电二极管分别得到波长
为λ1的红外光反射光强度P
红外
，波长为λ2的红光反射光强度P
红
，波长为λ3的绿光反射光强度P
绿
，在红外光二极管、红光二极管和绿光二极管输入同样的多个具有线性比例关系的工作电流I
i
(i＝1，2，
…
，n)，光电二极管能相应得到多个反射光强度P
i
，则在波长为λ1下能相应得到多个红外光反射光强度得到多个红外光反射光强度(i＝1，2，
…
，n)，在波长为λ2下能相应得到多个红光反射光强度(i＝1，2，
…
，n)，在波长为λ3下能相应得到多个绿光反射光强度(i＝1，2，
…
，n)；再利用数理统计方法对多个工作电流与反射光强度作线性回归，得到P
i
＝β
·
I
i
+ε
i
(i＝1，2，
…
，n)，其中线性回归直线的斜率β记为单位电流下的反射光强度系数，ε
i
为在单位电流下的环境温度产生的噪声，采用最小二乘法计算回归系数β，则计算β的公式如下：其中，计算时将作为上述计算公式的P
i
得到白纸在波长为λ1下的红外光反射光强度系...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华，全威，郭慕瑶，田进保，盖志超，满永兴，
申请(专利权)人：武汉致腾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：