一种智能化道路空洞在线检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种智能化道路空洞在线检测系统及检测方法，所述检测系统包括探测模块、扫描模块、处理模块以及牵引模块，探测模块检测到地下空洞向处理模块发送探测数据，处理模块自动控制牵引模块运行，牵引模块带动扫描模块移动扫描地下空洞，返回数据至处理模块，处理模块对地下空洞建模计算地下空洞容量。本发明专利技术检测系统在探测到地下空洞时，对地下空洞做建模处理，从而使得探测人员能够根据地下空洞模型预估当前道路修补大致所需的填料量，避免填料量过多或者过少，保证施工进度的同时降低道路修补成本。低道路修补成本。低道路修补成本。

【技术实现步骤摘要】
一种智能化道路空洞在线检测系统及检测方法


[0001]本专利技术涉及道路检测
，具体涉及一种智能化道路空洞在线检测系统及检测方法。

技术介绍

[0002]近年来，城市道路地下空洞事故频发，地下空洞的形成，通常是由于道路经过多年的使用后，往往会出现土壤层局部疏松、脱空，在水蚀作用下逐步形成地下空洞，随着城市道路设计的标准提高，道路的结构层越来越厚，承载力越来越强，结构层下局部的空洞，在一般情况下很难发现，只有当空洞形成一定规模、面积时，在车辆碾压、雨水浸泡等外力条件下，达到临界点时才会开成坍塌，而这时的空洞已经扩大，坍塌往往会造成较为严重的灾害和损失。
[0003]专利号CN205229480U公开了一种道路地下空洞检测系统及车载系统。所述道路地下空洞检测系统包括中央控制系统、分别与中央控制系统连接的卫星定位系统、数字预处理系统、电源系统和探地雷达系统，数字预处理系统还与探地雷达系统连接。本技术能检测道路地下空洞，从而可以提前对地下空洞进行修复，以防止造成坍塌事故。
[0004]现有技术存在以下不足：现有地下空洞检测系统仅具有检测地下空洞的功能，即巡航车在道路上移动，探地雷达探测到空洞后发出提示，由探测人员进行记录，然而，由于探地雷达仅能探测到地下空洞，无法显示空洞的容积，从而探测人员无法预估空洞填补的用料量，若填料量过少，会导致需要频繁补给填料，降低施工效率，若填料量过多，则会导致填料浪费，增加施工成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种智能化道路空洞在线检测系统及检测方法，以解决
技术介绍
中不足。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种智能化道路空洞在线检测系统，所述检测系统包括探测模块、扫描模块、处理模块以及牵引模块；探测模块检测到地下空洞向处理模块发送探测数据，处理模块自动控制牵引模块运行，牵引模块带动扫描模块移动扫描地下空洞，返回数据至处理模块，处理模块对地下空洞建模计算地下空洞容量。
[0007]优选的，所述探测模块包括巡航车以及探地雷达，探地雷达安装于巡航车的底部，探地雷达通过巡航车在地面移动，探地雷达用于检测地下空洞，地下空洞检测指标包括的对角长度、边长以及深度。
[0008]优选的，所述系统的处理逻辑为：探测模块在k时刻探测到地下空洞，此时探测模块向处理模块发送一个信号x，处理模块接收信号x并处理存储后，向牵引模块发送指令y，向扫描模块发送指令z，牵引模块带动扫描模块移动，对地下空洞建模。
[0009]优选的，所述探地雷达包括主机、发射机、发射天线、接收机以及接收天线，主机控
制发射机经发射天线向地下发射短高频电磁波，电磁波在地下传播时遇到地表及地下目标不连续的介质面时，反射的回波信号由接收天线接收并传给接收机，接收机进行数据采集后发送给处理模块。
[0010]优选的，所述探地雷达的杂波抑制方法包括均值滤波法、主成分分析法和低秩稀疏矩阵分解法，均值滤波法的计算公式为：式中，M、N分别为B
‑
scan数据矩阵的行数和列数，表示原始探测数据，表示均值滤波后的数据。
[0011]优选的，所述低秩稀疏矩阵分解法抑制杂波包括以下步骤：对探测数据进行傅里叶逆变换，将频域数据转换成时域B
‑
scan数据；对上述B
‑
scan数据进行鲁棒主成分分析，得到稀疏矩阵S和低秩矩阵L；提取稀疏矩阵S作为目标回波信号，完成探地雷达杂波抑制工作。
[0012]优选的，所述探地雷达地下目标自动识别方法包括以下步骤：通过仿真和实验方法得到探地雷达B
‑
scan数据；用低秩稀疏矩阵分解法对所有数据进行杂波抑制得到目标矩阵；向量化目标矩阵，把每个B
‑
scan目标矩阵都转化为一个行向量作为一个样本；用FastPCA函数对向量化矩阵降维，提取前20维的特征向量；将所有样本归一化，前十组数据作为训练样本，后十组数据作为测试样本；用训练样本训练分类器；输入测试样本，进行分类识别；输出识别结果。
[0013]优选的，所述扫描模块包括采样单元以及信号收发单元，采样单元通过公式计算采样时窗，式中，G为采样时窗，单位ns，为天线所能探测的最大深度，单位m，v为电磁波在介质中的传播速度，单位m/ns；采样单元通过公式计算采样率，式中为采样率，单位ns，f为采样点数量。
[0014]优选的，所述信号收发单元包括天线中心频率以及测点间距：其中，
天线中心频率：通过公式计算，式中，y为天线中心频率，单位MHz，x为空间分辨率，单位m，r为相对介电常数；测点间距：设采样间隔介质中电磁波波长的1/4，计算公式为：式中，为采样间隔，单位m；为电磁波波长，单位m；c为电磁波在真空中的传播速度，单位m/ns；r为介质的相对介电常数。
[0015]本专利技术还提供一种智能化道路空洞在线检测方法，所述检测方法通过检测系统运行以下步骤：S1：探测模块在道路上移动探测到空洞边缘向处理模块发送指令；S2：处理模块控制牵引模块和扫描模块运行；S3：牵引模块通过摄像头检测路沿，驱动扫描模块以路沿为边界沿着路径L移动；S4：扫描模块沿路径L移动扫描空洞并发送数据至处理模块建模；S5：扫描模块扫描空洞另一端边缘后停止扫描。
[0016]在上述技术方案中，本专利技术提供的技术效果和优点：1、本专利技术通过探测模块探测地下空洞，探测模块包括巡航车以及探地雷达，探地雷达通过巡航车在地面移动，当探地雷达检测到地下空洞时发出提示，并向处理模块发送探测数据，处理模块自动控制牵引模块运行，牵引模块带动扫描模块移动扫描地下空洞，扫描模块扫描地下空洞的对角长度、边长以及深度后，返回数据至处理模块，处理模块对地下空洞建模，该检测系统在探测到地下空洞时，对地下空洞做建模处理，从而使得探测人员能够根据地下空洞模型预估当前道路修补大致所需的填料量，避免填料量过多或者过少，保证施工进度的同时降低道路修补成本。
[0017]2、本专利技术基于低秩稀疏矩阵分解法对探地雷达检测信号抑制杂波，具有较强的抗干扰能力，将本质上低秩的数据矩阵从含有较大误差但是结构稀疏的观测矩阵中恢复出来，从而有效地抑制稀疏噪声的影响，鲁棒性好。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本专利技术的系统模块图。
[0020]图2为本专利技术的探地雷达地下目标自动识别算法流程图。
[0021]图3为本专利技术扫描模块的功率传送示意图。
[0022]图4为本专利技术检测系统的使用场景图。
具体实施方式
[0023]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能化道路空洞在线检测系统及检测方法，其特征在于：所述检测系统包括探测模块、扫描模块、处理模块以及牵引模块；探测模块检测到地下空洞向处理模块发送探测数据，处理模块自动控制牵引模块运行，牵引模块带动扫描模块移动扫描地下空洞，返回数据至处理模块，处理模块对地下空洞建模计算地下空洞容量。2.根据权利要求1所述的一种智能化道路空洞在线检测系统及检测方法，其特征在于：所述探测模块包括巡航车以及探地雷达，探地雷达安装于巡航车的底部，探地雷达通过巡航车在地面移动，探地雷达用于检测地下空洞，地下空洞检测指标包括的对角长度、边长以及深度。3.根据权利要求2所述的一种智能化道路空洞在线检测系统及检测方法，其特征在于：所述系统的处理逻辑为：探测模块在k时刻探测到地下空洞，此时探测模块向处理模块发送一个信号x，处理模块接收信号x并处理存储后，向牵引模块发送指令y，向扫描模块发送指令z，牵引模块带动扫描模块移动，对地下空洞建模。4.根据权利要求3所述的一种智能化道路空洞在线检测系统及检测方法，其特征在于：所述探地雷达包括主机、发射机、发射天线、接收机以及接收天线，主机控制发射机经发射天线向地下发射短高频电磁波，电磁波在地下传播时遇到地表及地下目标不连续的介质面时，反射的回波信号由接收天线接收并传给接收机，接收机进行数据采集后发送给处理模块。5.根据权利要求4所述的一种智能化道路空洞在线检测系统及检测方法，其特征在于：所述探地雷达的杂波抑制方法包括均值滤波法、主成分分析法和低秩稀疏矩阵分解法，均值滤波法的计算公式为：式中，M、N分别为B
‑
scan数据矩阵的行数和列数，表示原始探测数据，表示均值滤波后的数据。6.根据权利要求5所述的一种智能化道路空洞在线检测系统及检测方法，其特征在于：所述低秩稀疏矩阵分解法抑制杂波包括以下步骤：对探测数据进行傅里叶逆变换，将频域数据转换成时域B
‑
scan数据；对上述B
‑
scan数据进行鲁棒主成分分析，得到稀疏矩阵S和低秩矩阵L；提取稀疏矩阵S作为目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭冬，陈峰，郭凡荣，宫少博，胡翔，
申请(专利权)人：江苏筑升土木工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：