CN103290766B - 路面裂缝检测*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种路面裂缝检测***，包括有信息采集***、数据存储显示***、电源管理***、数据处理***、GPS定位***。通过信息采集***视频记录路面破损信息，结合GPS定位***的GPS和公路里程桩号对病害位置进行定位，利用数据存储显示***的数字图像处理技术对病害进行识别，既可得到客观稳定的检测结果，又能快速准确地对病害进行定位、测量。本发明针对路面裂缝检测工作，实现完成了相关信息实时监测、数据存储回放、GPS信息与里程桩号实时关联、裂缝状态信息度量等需求，设计了车载检测***，满足了实际路面裂缝检测的应用要求。
Description
技术领域
本发明涉及自动检测领域技术，尤其是指一种路面裂缝检测***。
背景技术
高速公路由于行车荷载作用和自然因素的影响，路面会逐渐产生各种破损。其中，路面裂缝作为路面病害的重要特征，其检测方法一直受到关注。
我国传统的沥青路面裂缝识别工作主要依靠人工检测，它存在4个明显的缺陷：依赖工作人员经验，测量结果无统一标准；工作期间人员安全性差，测量环境恶劣；采集、测量耗时长，工作效率低下；原始资料不完整，测量数据难以核准。国外早在20世纪80年代中后期就纷纷着手展开相关研究，但产品在引用中受到诸多限制：进口设备价格昂贵，难以推广；与国内技术标准的统一性差；设备维修、保养、标定等工作具有技术依赖性。基于上述原因，在国内外已有成果的基础上，开展沥青路面快速检测与养护技术的研究、发展及应用，对于全面提高我国公路的管养水平有着十分重要的现实意义。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种路面裂缝检测***，针对路面裂缝检测工作，实现完成了相关信息实时监测、数据存储回放、GPS信息与里程桩号实时关联、裂缝状态信息度量等需求。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
一种路面裂缝检测***，包括有信息采集***、数据存储显示***、电源管理***、数据处理***、GPS定位***；
该信息采集***包括CCD线扫描相机和为CCD线扫描相机提供光源的路面照明***；
该数据存储显示***包括主机、连接主机的主机PCI总线、分别连接于主机PCI总线的用于存储数据信息的SATA硬盘、用于通讯的千兆网卡、用于显示的显示前端、串接于主机PCI总线的图像采集卡、外触发适配卡、触发信号倍频电路，该图像采集卡连接于CCD线扫描相机并采集视频信号，该触发信号倍频电路接收车行同步信号，该外触发适配卡使CCD线扫描相机摄像速度与检测车行驶速度相匹配，实现车载速度与摄像速度同步；
该GPS定位***连接于主机PCI总线，实现路面裂缝位置的定位，由主机PCI总线将定位信息上存到主机；
该数据处理***包括PCI总线、分别连接于PCI总线的用于对路面裂缝进行分析、定位处理的数据处理平台、用于通讯的千兆网卡和数据备份硬盘；
所述电源管理***为信息采集***、数据存储显示***、数据处理***提供电源。
优选的，所述CCD线扫描相机使用分辨率为2k、单车道路面图像幅宽达到4m的电荷耦合摄像头。
优选的，所述路面照明***采用4个功率为36W的车用12VDC氙灯，照明角度在垂直0°～75°范围可调。
优选的，所述图像采集板卡内置数字解码器、模/数转换器、比例缩放模块、裁减模块、色空变换模块，输入的视频信号经数字解码器、模/数转换器、比例缩放、裁减、色空变换等处理，经主机PCI总线传到主机内存进行存储。
优选的，所述触发信号倍频电路包括依次串联的输入电路、光耦电气隔离电路、鉴相比较电路、低通滤波LPF电路、压控震荡VCO电路、输出电路，该压控震荡VCO电路和鉴相比较电路的输入端之间接入1/N分频器，1/N分频器连接拨码开关，输入信号由检测车霍尔车速传感器输出的TTL电平获得，经过光耦电气隔离，进入锁相环，它由鉴相PD、低通滤波LPF、压控震荡VCO3个环节组成，压控振荡器和鉴相比较输入端之间接入1/N分频器，倍频数N由拨码开关控制。
优选的，所述电源管理***采用阀控密封铅酸蓄电池分别为数据采集显示***和照明光源以及差分GPS提供12VDC不间断电压；采集显示***工控机设备需经12VDC～220VAC逆变器转化成所需的220V交流市电；相机供电使用输出严格正弦信号的大功率UPS；一次采集工作结束后，通过15V稳压、输出电流6A的离线式充电回路进行充电。
优选的，所述主机内置有对裂缝处理识别的程序模块，包括路面图像采集模块和图像分析模块，该路面图像采集模块主要完成路面视频采集与存储、GPS信息存储、标定信息输入及其相关信息的记录和***工作状态监视功能；该离线图像分析模块主要完成对图像的无缝拼接，图像的非线性缩放浏览，图像的增强处理，计算路面定位，根据裂缝位置查询原始图像，以及单幅图像的导出功能。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，通过视频记录路面破损信息，结合GPS和公路里程桩号对病害位置进行定位，利用数字图像处理技术对病害进行识别，既可得到客观稳定的检测结果，又能快速准确地对病害进行定位、测量。本发明针对路面裂缝检测工作，实现完成了相关信息实时监测、数据存储回放、GPS信息与里程桩号实时关联、裂缝状态信息度量等需求，设计了车载检测***，满足了实际路面裂缝检测的应用要求。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明之实施例的***结构原理框图；
图2是本发明之实施例中图像采集卡的原理图；
图3是本发明之实施例中触发信号倍频电路的原理图；
图4是本发明之实施例中图像分析软件工作界面；
图5是本发明之实施例中检测车在通州张采路K5～K10公里路段对裂缝进行状态参数测量后统计生成的报表。
附图标识说明：
10、信息采集***11、CCD线扫描相机
12、路面照明***20、数据存储显示***
21、主机22、主机PCI总线
23、SATA硬盘24、千兆网卡
25、显示前端26、图像采集卡
261、数字解码器262、模/数转换器
263、比例缩放模块264、裁减模块
265、色空变换模块27、外触发适配卡
28、触发信号倍频电路281、输入电路
282、光耦电气隔离电路283、鉴相比较电路
284、低通滤波LPF电路285、压控震荡VCO电路
286、输出电路287、1/N分频器
288、拨码开关29、车行同步信号
30、电源管理***
40、数据处理***41、PCI总线
42、数据处理平台43、千兆网卡
44、数据备份硬盘50、GPS定位***
具体实施方式
请参照图1所示，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构，包括有信息采集***10、数据存储显示***20、电源管理***30、数据处理***40、GPS定位***50。
其中，该信息采集***10包括CCD线扫描相机11和为CCD线扫描相机11提供光源的路面照明***12。该数据存储显示***20包括主机21、连接主机21的主机PCI总线22、分别连接于主机PCI总线22的用于存储数据信息的SATA硬盘23、用于通讯的千兆网卡24、用于显示的显示前端25、串接于主机PCI总线22的图像采集卡26、外触发适配卡27、触发信号倍频电路28，该图像采集卡26连接于CCD线扫描相机11并采集视频信号，该触发信号倍频电路28接收车行同步信号29，该外触发适配卡27使CCD线扫描相机11摄像速度与检测车行驶速度相匹配，实现车载检测。该GPS定位***50连接于主机PCI总线22，实现路面裂缝位置的定位，由主机PCI总线22将定位信息上存到主机21。该数据处理***40包括PCI总线41、分别连接于PCI总线41的用于对路面裂缝进行分析、定位处理的数据处理平台42、用于通讯的千兆网卡43和数据备份硬盘44。所述电源管理***30为信息采集***10、数据存储显示***20、数据处理***40提供电源。
本发明***集合了图像采集、存储、触发信号倍频电路28、GPS定位关联多个功能。
其中，数据的采集与传输是采用工业数码相机（CCD线扫描相机11），代替人眼获得路面原始信息，显著克服了目视检测带来的易疲劳、受干扰、精度低等诸多弊端。本发明***使用分辨率为2k的线阵扫描CCD(电荷耦合)摄像头记录路面图像数据。单车道路面图像幅宽H达到4m，能满足路面测试宽度的要求。
使用时，将CCD线扫描相机11固定于视频采集固架上，视频采集固架设计为推拉式滑轨结构，滑轨顶部利用螺旋顶丝固定，保证了结构刚度的同时，兼顾了可调性(滑轨最长置于车尾1.5m处，可用于设备安装扩展，具有良好的采集前端兼容性)；采用平面固板结构连接滑轨与车架，有效防止轨架振动对相机拍摄造成的影响。为避免受到阴影、非目标物投影等暗区影响，路面照明***12采用4个功率为36W的车用12VDC氙灯，均列加装在1.8m长的照明固架上，照明角度在垂直0°～75°范围可调，由5路断路器控制光源启闭，其中1路作为电源总控开关，其余4路对应4盏照明用灯。
CCD摄像机采集的路面图像信号为模拟量，由数据存储显示***20的图像采集板卡完成模拟量到数字量的转换。如图2所示，该图像采集板卡包括数字解码器261、模/数转换器262、比例缩放模块263、裁减模块264、色空变换模块265，从而输入的视频信号经数字解码器261、模/数转换器262、比例缩放、裁减、色空变换等处理，经主机PCI总线22传到主机21内存进行存储。视频信号通过CameraLink总线在相机和板卡间传输。
此外，当检测车速以120km/h的速度进行单车道路面检测时，为了保证图像数据严格实时存储，采集的信息不丢帧，本发明***采用RAD0技术，存储速度达到百兆以上，满足实时存储要求。
所述触发信号倍频电路28能够避免由相机程序曝光设定带来的存储信息冗余问题，使***达到车行与曝光成像同步匹配。实施时，在检测车电动里程表所用的霍尔传感器集霍尔敏感器件和运放电路于一体。电动里程表机芯内的步进电机转动量和指示瞬时里程指针的偏移量均受控于霍尔探头输出的方波个数。输出轴转动的周数与驱动轮转动的周数成正比。利用里程计的输出端可引出车轮旋转时霍尔传感器产生的方波信号，经调理后控制相机触发。经过计算所得，从霍尔传感器信号输出端经过83倍频可满足检测车在120km/h速度下相机曝光频率的要求。
外触发曝光信号与车速同步匹配倍频电路原理(如图3所示)。所述触发信号倍频电路28包括依次串联的输入电路281、光耦电气隔离电路282、鉴相比较电路283、低通滤波LPF电路284、压控震荡VCO电路285、输出电路286，该压控震荡VCO电路285和鉴相比较电路283的输入端之间接入1/N分频器287，1/N分频器287连接拨码开关288，输入信号由检测车霍尔车速传感器输出的TTL电平获得，经过光耦电气隔离，进入锁相环，它由鉴相PD、低通滤波LPF、压控震荡VCO3个环节组成，压控振荡器和鉴相比较输入端之间接入1/N分频器287，倍频数N由拨码开关288控制。
所述电源管理***30遵循分类管理、安全隔离的设计原则，根据电气特性和电源信号严整度分类供电，同类电源采用总分控制，确保用电安全。阀控密封铅酸蓄电池(免维护蓄电池)，具有电压稳定、供电可靠、移动方便等优点，本车载***中采用2块100AH蓄电池分别为数据采集显示***和照明光源以及差分GPS提供12VDC不间断电压。采集显示***工控机设备需经12VDC～220VAC逆变器转化成所需的220V交流市电。相机供电使用输出严格正弦信号的大功率UPS。一次采集工作结束后，通过15V稳压、输出电流6A的离线式充电回路进行充电。
GPS定位***50用于定位出路面有裂缝的具***置，其通过接收到的经纬度信息根据相应算法转换成可读性高的度、分、秒单位，方便工作人员使用。图6为GPS信息接收、存储函数流程图。
该数据存储显示***20的主机21内置有对裂缝处理识别的程序模块，包括路面图像采集模块和图像分析模块，该路面图像采集模块主要完成路面视频采集与存储、GPS信息存储、标定信息输入及其相关信息的记录和***工作状态监视功能；该离线图像分析模块主要完成对图像的无缝拼接，图像的非线性缩放浏览，图像的增强处理，计算路面定位，根据裂缝位置查询原始图像，以及单幅图像的导出功能。
本设计完成的路面检测***可根据实际需求，通过调节拍摄角度和设定拍摄路宽系数对单车道到整幅路面进行不同精度的路面细节采集。应用编制的图像采集软件将采集的图像信息和GPS实时传输时间以及里程桩号所代表的位置信息关联定位、存储，科学、准确地记录路面图像原始信息；利用编制的图像分析软件工具，能够实现GPS、桩号、图像信息交互检索查询，对裂缝进行不同比例不失真的缩放，并对其长度、宽度、面积等要素进行标定，通过软件计算、记录、输出测量结果。图4为图像分析软件工作界面；图5为检测车在通州张采路K5～K10公里路段对裂缝进行状态参数测量后统计生成的报表。统计数据与实际测量的定位误差小于0.8m，证明了***在工程应用中的可靠性。
本发明道路检测的信息量大、数据量大，所以在提高精度的同时，解决数据量大和处理速度的矛盾。引入并行处理技术将在很大程度上提高图像处理的速度。并行处理就是指处理器、存储器、IO设备及配套的并行软件在同一时刻对同一问题的多个进程数据进行同时操作。并行处理***可采用局域网形式，根据需要选择从机的数量，主机21与从机之间根据设定好的协议传输数据。
主机21主要完成控制***工作状态、图像拍摄、存储、显示、预处理的工作，同时把需要从机处理的数据根据需要分配给各个从机，并进行信息融合等功能；从机主要完成图像的后处理，包括裂缝识别与特征值计算，然后把处理结果传送给主机21。这样就在一定程度上保证了***处理速度和处理能力。
另外，利用GIS(地理信息***)技术进行快速检测的数据自动处理，建立更加直观的公路路面质量状况GIS网络，实现检测数据至GIS的直接导入，从GIS中获得道路基本信息，实现基本检测信息的自动读取。
综上所述，本发明的设计重点在于，其通过视频记录路面破损信息，结合GPS和公路里程桩号对病害位置进行定位，利用数字图像处理技术对病害进行识别，既可得到客观稳定的检测结果，又能快速准确地对病害进行定位、测量。本发明针对路面裂缝检测工作，实现完成了相关信息实时监测、数据存储回放、GPS信息与里程桩号实时关联、裂缝状态信息度量等需求，设计了车载检测***，满足了实际路面裂缝检测的应用要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种路面裂缝检测***，其特征在于：包括有信息采集***、数据存储显示***、电源管理***、数据处理***、GPS定位***；
该信息采集***包括CCD线扫描相机和为CCD线扫描相机提供光源的路面照明***；
该数据存储显示***包括主机、连接主机的主机PCI总线、分别连接于主机PCI总线的用于存储数据信息的SATA硬盘、用于通讯的千兆网卡、用于显示的显示前端、串接于主机PCI总线的图像采集卡、外触发适配卡、触发信号倍频电路，该图像采集卡连接于CCD线扫描相机并采集视频信号，该触发信号倍频电路接收车行同步信号，该外触发适配卡使CCD线扫描相机摄像速度与检测车行驶速度相匹配，实现车载速度与摄像速度同步；
其中，所述触发信号倍频电路包括依次串联的输入电路、光耦电气隔离电路、鉴相比较电路、低通滤波LPF电路、压控震荡VCO电路、输出电路，该压控震荡VCO电路和鉴相比较电路的输入端之间接入1/N分频器，1/N分频器连接拨码开关，输入信号由检测车霍尔车速传感器输出的TTL电平获得，经过光耦电气隔离，进入锁相环，它由鉴相PD、低通滤波LPF、压控震荡VCO3个环节组成，压控振荡器和鉴相比较输入端之间接入1/N分频器，倍频数N由拨码开关控制；
该GPS定位***连接于主机PCI总线，实现路面裂缝位置的定位，由主机PCI总线将定位信息上存到主机；
该数据处理***包括PCI总线、分别连接于PCI总线的用于对路面裂缝进行分析、定位处理的数据处理平台、用于通讯的千兆网卡和数据备份硬盘；
所述电源管理***为信息采集***、数据存储显示***、数据处理***提供电源。
2.根据权利要求1所述的路面裂缝检测***，其特征在于：所述CCD线扫描相机使用分辨率为2k、单车道路面图像幅宽达到4m的电荷耦合摄像头。
3.根据权利要求1所述的路面裂缝检测***，其特征在于：所述路面照明***采用4个功率为36W的车用12VDC氙灯，照明角度在垂直0°～75°范围可调。
4.根据权利要求1所述的路面裂缝检测***，其特征在于：所述图像采集板卡内置数字解码器、模/数转换器、比例缩放模块、裁减模块、色空变换模块，输入的视频信号经数字解码器、模/数转换器、比例缩放、裁减、色空变换处理，经主机PCI总线传到主机内存进行存储。
5.根据权利要求1所述的路面裂缝检测***，其特征在于：所述电源管理***采用阀控密封铅酸蓄电池分别为数据采集显示***和照明光源以及差分GPS提供12VDC不间断电压；采集显示***工控机设备需经12VDC～220VAC逆变器转化成所需的220V交流市电；相机供电使用输出严格正弦信号的大功率UPS；一次采集工作结束后，通过15V稳压、输出电流6A的离线式充电回路进行充电。
6.根据权利要求1所述的路面裂缝检测***，其特征在于：所述主机内置有对裂缝处理识别的程序模块，包括路面图像采集模块和图像分析模块，该路面图像采集模块主要完成路面视频采集与存储、GPS信息存储、标定信息输入及其相关信息的记录和***工作状态监视功能。
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