CN110009905A - 移动式多功能高速公路智能巡检*** - Google Patents

移动式多功能高速公路智能巡检*** Download PDF

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丁婷婷
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Abstract

本发明公开了一种移动式多功能高速公路智能巡检***，包括移动***、巡检***、通信模块、数据处理***、中央控制***及电源***，巡检***包括巡检控制主板、定位模块、摄像头、测速模块、温度传感器和测冰传感器；其中，巡检控制主板将定测量到的信息数据通过通信模块传输给数据处理***处理，所述数据处理***将处理信息数据后获得的图像、路面温度、路面结冰分析结果和车辆超速信息传输至中央控制***。本发明可全天候实时自动检测路面遗撒物、路面病害、道路气候情况、路面温度、路面结冰情况；同时还可以对过往车辆进行测速拍摄，监测交通路况和监控超速违章行为，解决了过去高速公路巡检费时费力、效率低下等问题。

Description

移动式多功能高速公路智能巡检***
技术领域
本申请属于高速公路路况日常巡检领域，具体但不排他地，涉及一种移动式多功能高速公路智能巡检***。
背景技术
高速公路巡检是保护公路安全、服务公众出行的重要手段。通过巡检，对公路情况进行实时全面的了解，以便及时发现和处理问题。日常巡检主要是对路面、路基、桥梁、隧道和沿线设施的外观状况进行一般性巡视检查，巡检频率通常为每天不少于一次。其中，对路面的巡检通常包括：检查车道内有无阻碍过往车辆正常行驶的遗撒物，如矿泉水瓶、货物编织袋、大货车轮胎碎片等；检查路面有无车辙、坑槽、裂缝等常见病害，避免造成路面结构进一步的损坏；夏季要检测路面温度，防止温度过高诱发车辙病害，冬季要检查路面结冰情况。
我国高速公路总里程位居世界第一，传统的巡检仅仅依靠人工纸张记录、电子表格记录或GPS手持机等，需要耗费大量的人力物力，并且巡检质量不高。此外，高速公路上会采用固定式摄像头的形式，对过往车辆的交通违章行为进行记录，通常在重点路段每隔500米布置一个固定式的监控探头。此种方法在距离摄像头较远的区域拍摄的图像不清晰，甚至存在视野盲区，且随着车主端移动信息的丰富，监控探头的位置能从各类地图导航APP内获得，车主监控范围之外的违章情况难以掌握和控制。此外，部分气候对高速公路安全也极具危害，如团雾等恶劣情况，难以预测，能见度急剧变化，如不及时处置警告，易造成严重的交通事故。
随着科技的发展，在公路巡检中引入信息技术，将传统的公路巡检和交通监控工作推进到自动化、信息化、智能化的时代是大势所趋。现有的一些信息化检测设备搭载在高速公路巡检车上，结合人工观察，可对上述高速公路路面情况进行检查。但巡检车价格昂贵，需要人工驾驶车辆以及进行数据处理和分析的操作，且当遇到地震、暴雪等严重自然灾害时，路面交通瘫痪，巡检车难以行驶，很难掌握路面情况。此外，目前市场上对于公路的巡检和交通流的监控仅有各自的专业设备，还未出现将可投入实际应用的多功能巡检设备。
发明内容
为了至少部分的解决上述已有技术存在的不足，本发明设计了一种移动式多功能高速公路智能巡检***，其集成了高速公路路况巡检和交通监控的多种功能，可全天候实时自动检测路面遗撒物、路面病害、道路气候情况、路面温度、路面结冰情况；同时还可以对过往车辆进行测速拍摄，监测交通路况和监控超速违章行为。
根据本发明的一方面，提供了一种移动式多功能高速公路智能巡检***，包括移动***、巡检***、通信模块、数据处理***、中央控制***及电源***，
所述巡检***安装在所述移动***上，所述巡检***包括巡检控制主板、定位模块、摄像头、测速模块、温度传感器和测冰传感器；所述数据处理***包括图像处理模块、超速判别模块、温度分析模块和结冰分析模块；所述电源***包括为所述移动***供电的电源A和为所述巡检***供电的电源B，
其中，所述巡检控制主板将定位模块、摄像头、测速模块、温度传感器和测冰传感器测量到的信息数据通过通信模块传输给数据处理***处理，所述数据处理***将处理信息数据后获得的图像信息、路面温度、路面结冰分析结果和车辆超速信息传输至中央控制***。
在一些实施例中，所述移动***可包括沿高速公路路侧均匀间隔布置的多个立柱、可往复移动地关联于所述多个立柱的上端的移动机构、以及安装于所述移动机构且用以控制所述移动机构的移动方向和速度的移动平台控制主板。
在一些实施例中，所述移动机构可包括架设在所述多个立柱的顶端的轨道和能够沿所述轨道往复移动的移动轮，所述轨道为工字型截面的刚性结构，其下翼缘通过紧固件与所述多个立柱的顶端固定连接，所述移动轮能够沿所述轨道的上翼缘和下翼缘之间往复移动。
在一些实施例中，所述移动机构可包括安装于相邻立柱的缆绳，所述巡检机构悬挂于所述缆绳上。
在一些实施例中，各所述立柱可以为高3～5米的钢结构或钢筋混凝土结构柱，以沿高速公路路侧每隔100～200米布置一根的方式布置。
在一些实施例中，所述定位模块可包括GPS坐标测定装置、高速公路里程碑桩号感应装置和时间记录装置，以记录所述巡检***所在位置和信息记录时间；所述摄像头的拍摄范围可覆盖2-4条车道的宽度，拍摄视角由中央控制***通过通信模块远程控制调整；所述测速模块在所述巡检***随所述移动***停靠在高速公路路侧某处时，可以测量过往车辆的行驶速度并记录车辆信息；所述温度传感器可以采用红外测温的方式，配合所述移动***的移动实现对路面扫描测温；所述测冰传感器可以包括温度测量模块和光线测量模块，当所述温度测量模块测量路面温度低至0℃以下时，所述光线测量模块向路面发射平行光，并测量接收到反射光的时间间隔，
其中，所述定位模块将记录的位置信息和时间信息打包为时间戳，添加至分别从摄像头、测速模块、温度传感器和测冰传感器得到的图像信息、速度信息、温度信息、温度及光线信息内，所述巡检控制主板将含有时间戳的图像信息、速度信息、温度信息、温度及光线信息通过通信模块分别传输给数据处理***的图像处理模块、超速判别模块、温度分析模块和结冰分析模块。
在一些实施例中，所述通信模块可以包括4G通信模块和/或5G通信模块。
在一些实施例中，所述电源A可连接于公路电网；所述电源B可以为充电锂电池，当充电锂电池的电量低于15％～20％时，所述巡检***停靠在最近的立柱处，由公路电网为充电锂电池充电。
在一些实施例中，所述中央控制***可通过通信模块和巡检控制主板、移动平台控制主板分别向巡检***和移动***发送控制指令，从而远程控制摄像头的拍摄角度、移动机构的运行速度和运行方向。
在一些实施例中，所述巡检***的外壳可由碳纤维材料制成，其上预留有多种类型的孔位和卡槽。
本发明的有益效果在于：
1)本发明将公路日常巡检与交通监控集成在一个巡检平台上，***中的各种传感器在一次运行中同时采集路面图像、路面温度、车辆速度等信息，高度集成化的***可同时完成多项路面巡检和交通监控工作，高效省时、节约大量人力物力，提高了日常巡检效率。
2)本发明在可沿高速公路路侧或在中央分隔带内移动，在进行车辆超速违章记录时拍摄取证位置不固定，可减少司机有意规避检查的现象，加大监控力度，保障高速公路行车安全。
3)本发明采用移动平台的设计，通过设立在高速公路路侧的立柱、轨道和行走装置完成巡检工作，不需人工路面作业，节省人力，可全天候运行。
4)本发明的巡检***预留有多种类型的卡槽和电路接口，可扩展安装各类传感装置，有良好的二次的开发特性。
5)本项目采用优化的深度学习模型完成遗撒识别和路面病害检测，与传统方法图像处理的检测方法相比，检测速度和准确性都大大提高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明的一实施例的移动式多功能高速公路智能巡检***的示意图。
图2为本发明的一实施例的运行***的轨道的横截面示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请的实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本申请。
在图1所示的实例中，本发明的移动式多功能高速公路智能巡检***包包括移动***、巡检***、4G通信模块、数据处理***、中央控制***和电源***，电源***包括为移动***供电的电源A和为巡检***供电的电源B。
移动***包括沿高速公路路侧均匀间隔布置的多个立柱、可往复移动地关联于多个立柱的上端的移动机构、以及安装于移动机构且用以控制移动机构的移动方向和速度的移动平台控制主板。立柱为高3～5米的钢结构或钢筋混凝土结构柱，每隔100～200米布置一根，沿高速公路路侧均匀间隔布置，具体设计参数结合高速公路沿线各地的平均风度和能见度情况确定。立柱设计根据载重进行承载力强度设计、变形设计和抗风设计，保证结构的安全性。
在本实施例中，移动机构包括架设在多个立柱的顶端的轨道1和能够沿轨道往复移动的移动轮2。轨道的设计根据不同地区抗风等级的设计要求可采用刚性结构或柔性结构。本实例中，如图2所示，轨道1采用钢材料制作，截面为工字型，其下翼缘通过螺栓3与立柱的顶端固定连接，移动轮2能够沿轨道1的上翼缘和下翼缘之间往复移动。在一些实施例中，移动机构采用两组共六个导轮进行竖直限位，通过轨道对移动平台进行水平方向限位；轮胎选择85mm直径橡胶轮，保证车架高度和避震的要求；选择24V空转950扭矩2.5kg/cm，额定电流1.5A的直流减速电机，具有较高的扭矩和转速。
在一些实施例中，可以采用柔性结构的移动机构，例如采用在相邻立柱安装缆绳，所述巡检机构悬挂在缆绳上，通过缆绳的运动带动巡检机构移动。
移动平台控制主板控制移动机构移动的方向和速度，本实例中采用STM32F407型号的开发板作为移动平台控制主板。电源A给移动平台控制主板及主板控制的移动机构供电，电源可连接到高速公路的供电***中，从高速公路电网中获得电能。
巡检***固定安装在移动***中的移动机构上，在移动机构的带动下沿轨道往复运动。巡检***的外壳由碳纤维材料制成，预留有多种类型的孔位和卡槽，以便安装各类传感器。
巡检控制主板作为核心中控***，控制巡检***内的定位模块、摄像头、测速模块、温度传感器和测冰传感器的工作。在本实例中巡检控制主板选用树莓派开发板。
电源B为输出电压为24V的充电锂电池，为巡检控制主板和连接在该主板上的所有用电器供电。当电量低于15％～20％时，巡检***可停靠在最近的立柱处，由公路电网为电池充电。
定位模块用于记录巡检***所在位置和信息记录时间。本实例中的定位模块包括GPS坐标测定装置、高速公路里程碑桩号感应装置和时间记录装置，其将位置信息和时间信息打包为时间戳，添加在其他模块和传感器测量到的信息内。
摄像头用于拍摄路面的视频影像，拍摄范围可覆盖2-4条车道的宽度，拍摄视角可由中央控制***通过4G通信模块远程控制调整。
测速模块用于测量过往车辆的行驶速度并记录车辆信息。测速模块在行走装置处于静止时工作，即巡检***随机停靠在的高速公路路侧某处时进行测速。这样既保证了测速装置位置的不固定性，防止司机有意规避检查，又避免了巡检***自身移动的相对速度对车速测量影响，无需换算。测量结果通过巡检控制主板和4G通信模块传送至数据处理***的超速判别模块。
温度传感器用于测量路面温度，其使用红外测温的原理，配合移动机构的移动达到对路面扫描测温的效果。温度传感器将测量到的温度信息通过巡检控制主板和4G通信模块传送至数据处理***的温度分析模块，并生成反映路面各点温度云图。
测冰传感器用于测定路面的结冰状态。结冰监控的原理结合温度测量和光线反射测量。测冰传感器包括温度测量模块和光线测量模块，其中，测温模块测量路面温度至0℃以下时，光线测量模块向路面发射平行光，并测量接收到反射光的时间间隔并将该信息通过巡检控制主板和4G通信模块传送至数据处理***的结冰分析模块。结冰分析模块根据与标定的高速公路路面反射光时间间隔进行对比，判断路面是否结冰及冰层厚度。
巡检控制主板将含有时间戳的图像信息、速度信息、温度信息、温度及光线信息通过4G通信模块传输给数据处理***的图像处理模块、温度分析模块、结冰分析模块和超速判别模块。
图像处理模块通过训练好的深度学习模型，对摄像头拍摄到的视频图像进行识别，判断路面是否存在遗撒物和病害。具体方法包括：采集路面遗撒和路面病害照片，构造自制数据集；通过较小卷积核大小和增加不同特征层之间的连接，建立改进的YOLO模型；使用构造的自制数据集训练建立的改进的YOLO模型；将经过训练的改进YOLO模型置入数据处理***中的图像处理模块汇总，输入摄像头拍摄的待测图片，计算求得目标的类别概率和包围框，以识别路面遗撒和路面病害。该遗撒物检测和路面病害的识别方法公开在本申请人的专利申请CN201810592958.2中，该专利申请通过引用整体并入本文，用于所有目的。
要说明的是，路面遗撒和路面病害的数据集是独立的，分别训练模型后再用于检测。
如前所述，温度分析模块通过分析温度传感器采集的信息，生成反映路面各点温度云图，判断路面温度是否过高。
如前所述，结冰分析模块通过测冰传感器测得的温度信息和光线反射信息，根据与标定的高速公路路面反射光时间间隔进行对比，判断路面是否结冰现象及冰层厚度。
如前所述，超速判别模块判断车辆是否超速，并提取相应的车辆车牌信息。
数据经数据处理***处理后，图像、路面温度、路面结冰分析的结果将传输至公路养护控制中心，报告异常情况出现的公路里程碑桩号、GPS或北斗坐标和时间信息，同时显示异常情况的图像、数值等信息。各类信息均可在在控制中心大屏幕、PC终端和手机移动终端上随时查看，供养护部门决策并采取相应措施。
车辆超速信息将传送至交通管理控制中心，为交通管理部门执法提供参考和依据。
另外，设置在公路养护控制中心和交通管理控制中心的中央控制***还可通过4G通信模块和相应的控制主板向巡检***和移动***发送控制指令，从而远程控制摄像头的拍摄角度、移动机构的运行速度和运行方向等。
以上申请的仅为本申请的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请创造构思的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种移动式多功能高速公路智能巡检***，其特征在于，包括移动***、巡检***、通信模块、数据处理***、中央控制***及电源***，
所述巡检***安装在所述移动***上，所述巡检***包括巡检控制主板、定位模块、摄像头、测速模块、温度传感器和测冰传感器；所述数据处理***包括图像处理模块、超速判别模块、温度分析模块和结冰分析模块；所述电源***包括为所述移动***供电的电源A和为所述巡检***供电的电源B，
其中，所述巡检控制主板将定位模块、摄像头、测速模块、温度传感器和测冰传感器测量到的信息数据通过通信模块传输给数据处理***处理，所述数据处理***将处理信息数据后获得的图像信息、路面温度、路面结冰分析结果和车辆超速信息传输至中央控制***。
2.根据权利要求1所述的巡检***，其特征在于，所述移动***包括沿高速公路路侧均匀间隔布置的多个立柱、可往复移动地关联于所述多个立柱的上端的移动机构、以及安装于所述移动机构且用以控制所述移动机构的移动方向和速度的移动平台控制主板。
3.根据权利要求2所述的巡检***，其特征在于，所述移动机构包括架设在所述多个立柱的顶端的轨道和能够沿所述轨道往复移动的移动轮，所述轨道为工字型截面的刚性结构，其下翼缘通过紧固件与所述多个立柱的顶端固定连接，所述移动轮能够沿所述轨道的上翼缘和下翼缘之间往复移动。
4.根据权利要求2所述的巡检***，其特征在于，所述移动机构包括安装于相邻立柱的缆绳，所述巡检机构悬挂于所述缆绳上。
5.根据权利要求2-4之一所述的巡检***，其特征在于，各所述立柱为高3～5米的钢结构或钢筋混凝土结构柱，以沿高速公路路侧每隔100～200米布置一根的方式布置。
6.根据权利要求1-5之一所述的巡检***，其特征在于，
所述定位模块包括GPS坐标测定装置、高速公路里程碑桩号感应装置和时间记录装置，以记录所述巡检***所在位置和信息记录时间；
所述摄像头的拍摄范围覆盖2-4条车道的宽度，拍摄视角由中央控制***通过通信模块远程控制调整；
所述测速模块在所述巡检***随所述移动***停靠在高速公路路侧某处时，测量过往车辆的行驶速度并记录车辆信息；
所述温度传感器采用红外测温的方式，配合所述移动***的移动实现对路面扫描测温；
所述测冰传感器包括温度测量模块和光线测量模块，当所述温度测量模块测量路面温度低至0℃以下时，所述光线测量模块向路面发射平行光，并测量接收到反射光的时间间隔，
其中，所述定位模块将记录的位置信息和时间信息打包为时间戳，添加至分别从摄像头、测速模块、温度传感器和测冰传感器得到的图像信息、速度信息、温度信息、温度及光线信息内，所述巡检控制主板将含有时间戳的图像信息、速度信息、温度信息、温度及光线信息通过通信模块分别传输给数据处理***的图像处理模块、超速判别模块、温度分析模块和结冰分析模块。
7.根据权利要求1-5之一所述的巡检***，其特征在于，所述通信模块包括4G通信模块和/或5G通信模块。
8.根据权利要求1-5之一所述的巡检***，其特征在于，所述电源A连接于公路电网；所述电源B为充电锂电池，当充电锂电池的电量低于15％～20％时，所述巡检***停靠在最近的立柱处，由公路电网为充电锂电池充电。
9.根据权利要求1-5之一所述的巡检***，其特征在于，所述中央控制***通过通信模块和巡检控制主板、移动平台控制主板分别向巡检***和移动***发送控制指令，从而远程控制摄像头的拍摄角度、移动机构的运行速度和运行方向。
10.根据权利要求1-5之一所述的巡检***，其特征在于，所述巡检***的外壳由碳纤维材料制成，其上预留有多种类型的孔位和卡槽。
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