CN112985311A - 一种车载便携轻量化智能巡检方法与*** - Google Patents

一种车载便携轻量化智能巡检方法与*** Download PDF

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Abstract

本发明公开一种车载便携轻量化智能巡检***及方法，该***包括：图像采集模块、检测模块、定位模块、数据存储模块、主控模块、电源模块、数据传输模块；基于所述***提出了一种车载便携轻量化智能巡检方法，包括以下步骤：在所述车辆安装图像采集模块、检测模块、定位模块、数据存储模块、主控模块、电源模块、数据传输模块；对所述检测模块进行设备标定；根据道路检测计划对目标道路进行检测；将检测数据上传至数据库，用于大数据分析或可视化展示。与传统检测相比，本发明的检测***经济合理，对测量环境要求低，检测设备的安装简单易操作，且测量结果精度更高。

Description

一种车载便携轻量化智能巡检方法与***
技术领域
本发明涉及道路智能快速巡检领域，特别涉及一种车载便携轻量化智能巡检方法与***。
背景技术
道路运输以其快捷、方便、门对门直达的优势位于公路、铁路、航空、管道、水运等五大运输方式之首，在国家经济发展中占有极其重要的地位。截止2019年底，我国已经有通车公路总里程超过501万公里，在新建道路的同时，必须对原有道路进行养护与维修作业，以确保行车安全并降低运营成本。但一方面，传统道路检测方法存在诸多弊端，如手推式断面仪法等人工作业方法存在耗时费力、操作麻烦的问题，而激光检测车等专业检测设备又价格昂贵、易受环境影响，故均难以大范围高频率的推广使用。另一方面，道路质量管理任务分别由省市公路管理局、路政局、地方养护公司、交通部基本建设质量监督总站等部门共同承担。每一环节的数据交互存在流程复杂、阻隔明显等问题，导致众多检测工作重复进行，浪费了大量的人力物力投入。因此，利用快速道路检测设备进行常态化的日常巡检，并对道路质量检测数据进行统一部署管理是提高道路服务水平，保证行车安全的必要举措。
发明内容
本发明的目的是提供一种车载便携轻量化智能巡检方法与***，以解决现有技术中存在的技术问题，实现智能化、便捷化的道路快速巡检。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种车载便携轻量化智能巡检***，包括：
图像采集模块、检测模块、定位模块、数据存储模块、主控模块、电源模块、数据传输模块；
所述图像采集模块用于车辆拍摄道路图像；
所述检测模块用于对所述道路图像进行检测，获得检测数据；
所述定位模块用于对所述车辆进行精准定位，实时获取所述车辆的定位信息；
所述数据存储模块用于存储所述检测数据和所述定位信息；
所述主控模块用于对所述车载便携轻量化智能巡检***进行控制；
所述电源模块用于对所述车载便携轻量化智能巡检***供电；
所述数据传输模块用于所述检测模块检测到的数据上传到数据库。
优选地，所述检测模块至少包括高清工业相机、全景相机和加速度传感器。
优选地，所述高清工业相机设置于车辆的车尾，用于检测路面病害分布情况；
优选地，所述路面病害包括：裂缝、坑槽、网裂、修补、井盖高框差、伸缩缝损坏。
优选地，所述全景相机设置于车辆的车头，用于检测附属设施完整性，其中，所述全景相机由8台视角不同的相机拼接而成；
优选地，所述附属设施包括护栏的缺失、护栏的破损或弯折、防眩板的缺失、路侧灯柱的弯折。
优选地，所述加速度传感器设置于车辆后轴上方，用于检测路面平整度。
优选地，所述主控模块为车载边缘计算智能盒子，至少包括CPU、GPU以及接收和传输数据信号的硬件接口。
优选地，所述数据传输模块至少包括数据接收单元，WebService单元，JavaScript网页单元，数据计算单元，数据库单元，规范标准单元，报表生成单元。
一种车载便携轻量化智能巡检方法，包括以下步骤，
S1.在所述车辆安装所述图像采集模块、检测模块、定位模块、数据存储模块、主控模块、电源模块、数据传输模块；
S2.对所述检测模块进行设备标定，所述检测模块包括清工业相机、全景相机和加速度传感器；
S3.根据道路检测计划对目标道路进行检测；
S4.将检测数据上传至数据库，用于大数据分析或可视化展示。
优选地，所述S1包括以下步骤，
S1.1.将车载边缘计算智能盒子放置于车辆内部，并进行供电；
S1.2.将所述高清工业相机设置在车身尾部，调整所述高清工业相机的光圈和焦距，保证所述高清工业相机至少覆盖一条车道；
S1.3.将所述全景相机设置在车身前部；
S1.4.将所述加速度传感器设置于车辆后轴上方，用螺栓或胶带固定；
S1.5.将所述定位模块设置于车辆顶部且不被遮挡；
S1.6.将所述高清工业相机、全景相机、加速度传感器、RTK定位设备通过信号传输线分别与所述车载边缘计算智能盒子连接，检验设备是否可正常运转。
优选地，所述S2，对所述高清工业相机和全景相机的标定过程为，通过将棋盘格平面板放置不同位置拍摄照片作为标定数据，检测所述标定数据中的标定点，利用所述标定点求解摄像机内参数、外参数和畸变系数，根据极大似然估计优化结果，得出最优内参数、最优外参数和最优畸变参数矩阵。
本发明公开了以下技术效果：
与传统检测相比，本项目开发设备仪器简便，安装操作简单，经济合理，对测量环境要求低。仅需要定期进行简单的标定工作，测量结果精度较高。且由于测量方式为车载测量，测量速度快，效率高，适合大范围的道路平整度测量，可以大大缩短平整度检测周期。另外，在该***中，采用了多种无线传感器网络技术，使得数据的采集传输更为可靠，利用GPS设备可以采集配套的地理信息，并可以与电子地图结合，对城市内路网进行实时的数据采集与显示。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述全景相机安装结构及视角示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1所示，本实施例提供一种车载便携轻量化智能巡检***，包括以下设备：车尾后置高清工业相机；车身前置由8台视角不同的相机拼接而成额360°全景相机；后轴上方一对加速度传感器；高精度RTK定位设备；车载边缘计算智能盒子，主要包括满足道路检测相关算法运行需求的CPU、GPU等计算机硬件设备以及用以接收和传输各类数据信号的硬件接口。
基于上述***，提出一种车载便携轻量化智能巡检方法，包括以下步骤：(1)设备安装：将***所需设备按要求安装于车身各部位并确保电源供应；(2)设备标定：分别对后置高清工业相机、前置拼接360°全景相机、加速度传感器按要求进行标定工作，一般要求初次使用时及设备重安装后必须进行设备标定；(3)日常检测：确保***正常工作后，按照道路检测计划对目标路段进行检测工作，检测内容可包括路面平整度检验、路面病害检测和附属设施完整性检测；(4)数据上传：将采集到的道路检测数据通过在线或离线方式统一上传至后端数据库，作为大数据分析或可视化展示的数据源。
所述步骤(1)设备安装：首先将车载边缘计算智能盒子放置于车辆内部，应保障车辆行驶过程中智能盒子不会发生大范围移动且接线不会脱落或折断，放置完成后通过车内电源进行供电；将高清工业相机通过吸盘装置安置于车身尾部，其安装位置不宜过低，保障视野应至少覆盖一条车道，并调整好光圈和相机焦距；将8台视角各不相同的相机拼接为全景相机，其拼接构造示意如图1所示，拼接后的全景相机安装于车身前部，一般位于车顶前端，保障视野覆盖范围≥360°，且应当成像清晰；将一对加速度传感器安置于车辆后轴上方，应保障一对加速度传感器分别靠近两个轮胎附近，且应利用螺栓或胶带等工具固定其安装位置；高精度RTK定位设备放置于车辆顶部，需保障其上方不被他物遮挡以免影响定位精度；上述设备安装完毕后，需连接各设备与车载边缘计算智能盒子间的信号传输线，并检验数据流是否通畅及设备是否可正常运转。
所述步骤(2)设备标定：对于后置高清工业相机和前置拼接360°全景相机进行相机标定：制作一个棋盘格平面板，需要保障棋盘格的大小不小于10cm*10cm，形状应为标准正方形且每个棋盘格边缘清晰可分辨，棋盘格的行列数均不应低于5；分别将棋盘格放置在相机视角范围内的不同位置并拍摄照片作为标定数据，应保障标定数据中至少包含棋盘格位于图像左上角、右上角、正中间、左下角、右下角的照片各一张，标定数据总数不少于10张；利用算法工具检测所有标定数据中的特征点，即每个棋盘格的角点，再利用已知的棋盘格数据求解理想无畸变情况下的摄像机内参数、外参数和畸变系数；结合多张图片的相机的内参数、外参数和畸变系数，使用极大似然估计优化结果，得出最优内参数、外参数和畸变参数矩阵。
所述步骤(2)设备标定：对于加速度传感器进行标定：选取已知路面平整度的路段5-10段，国际平整度指标(IRI)分布尽量满足1-5之间均匀分布；将加速度传感器设备固定至车辆后备箱内左右后轴轮正上方；连接车载边缘计算智能盒子，开启设备，记录路段起终点时间，用于截取标定数据；以相同规定速度(30-80km/h)在同一测试路段，沿同一方向测试2遍，计算其功率谱密度曲线积分，若两侧测量结果相差超过10％，继续进行谱密度积分标定，直至满足精度要求；分别测量既定5-10段IRI均匀分布的测试路段，计算两次谱密度积分均值；通过已知IRI与谱密度积分制进行模型拟合，获得拟合参数。为保证测试结果精确性，建议保持相同测试速度，若测试速度更改，则依照速度修正系数对测试结果进行修正。***默认计算计算距离为500米，即每相距500米进行一次平整度计算。
利用加速度传感器实现平整度计算：利用四分之一车模型简化了在高程差影响下的机动车簧载和非簧载质量的***响应变化，并结合路面波理论，通过功率谱密度的方法将加速度变化分配到不同频率的波段中，继而利用加速度均方根值有效估计国际平整度指标。
所述步骤(3)日常检测中各子设备对应的检测内容：后置高清工业相机用于检测路面病害分布情况，所检测的路面病害包括裂缝、坑槽、网裂、修补、井盖高框差、伸缩缝损坏等，其检测原理为通过前期训练图像目标检测算法获得检测精度较高的路面病害识别模型，基于该模型进行路面病害的快速识别；前置拼接360°全景相机用于检测附属设施完整性，所检测的附属设施包括护栏的缺失、护栏的破损或弯折、防眩板的缺失、路侧灯柱的弯折等，其360°的全视角可以满足单次检测即可覆盖道路两侧绝大部分附属设施的检测，其检测原理为通过前期训练图像语义分割算法获得检测精度较高的附属设施识别模型，基于该模型分离出图像中的附属设施，再利用霍夫变换检测其外观线形来判断其完整性，最后利用多台不同焦距的相机来相互校验检测结果，基于图像特征匹配不同相机对同一物体的识别结果，并选取其中置信度最大的检测结果为最终结果；加速度传感器用于检测路面平整度，其检测原理为利用四分之一车模型简化了在高程差影响下的机动车簧载和非簧载质量的***响应变化，并结合路面波理论，通过功率谱密度的方法将加速度变化分配到不同频率的波段中，继而利用加速度均方根值有效的估计了国际平整度指标。
利用拼接360°全景相机进行广域附属设施完整性检验：由8台焦距、视角不同的相机拼接成一台全景相机，其中4台水平视角为45°左右的标准镜头的工业相机分别置于前右方、前左方、后右方和后左方，2台水平视角为60°左右的广角镜头的工业相机分别置于左右两侧，2台水平视角为40°左右的远摄镜头的工业相机分别置于前后两侧，要求总视角范围≥360°。相比于单一摄像头，拼接后的全景相机可以满足全视角的同时采集，一方面满足单次采集即可同时覆盖道路两侧的需求，另一方面利用多焦距段相机对同一物体不同视角的拍摄图像来相互检验检测结果。
所述步骤(4)数据上传：数据传输及后台处理环境主要由：数据接收***，WebService***，JavaScript网页***，数据计算***，数据库***，规范标准***，报表生成***组成。其中，数据接收***采用FTPserver，将采集设备发送的数据接收到指定文件夹；WebService***利用百度地图API实现坐标系的转化；数据计算***用于处理原始数据并生成检测结果数据；数据库***采用Oracle数据库作为后台数据存储；报表生成***用于对***做总结性的结果输出，包含检测路段信息，工程名称，检测结果等；网页***作为前台显示部分，调用百度网页API，将采集车辆行驶轨迹、平整度、病害指标计算结果显示于前台百度地图上。后台数据处理流程为接受各类采集设备所传输的数据，利用处理算法进行路面平整度计算、路面病害识别和附属设施完整性检测，并实现基于百度地图API显示，利用oracle数据库存储，最后结合历史数据，相关规范给出路段维护意见。
本发明具有如下技术效果：
与传统检测相比，本项目开发设备仪器简便，安装操作简单，经济合理，对测量环境要求低。仅需要定期进行简单的标定工作，测量结果精度较高。且由于测量方式为车载测量，测量速度快，效率高，适合大范围的道路平整度测量，可以大大缩短平整度检测周期。另外，在该***中，采用了多种无线传感器网络技术，使得数据的采集传输更为可靠，利用GPS设备可以采集配套的地理信息，并可以与电子地图结合，对城市内路网进行实时的数据采集与显示。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种车载便携轻量化智能巡检***，其特征在于，包括：
图像采集模块、检测模块、定位模块、数据存储模块、主控模块、电源模块、数据传输模块；
所述图像采集模块用于车辆拍摄道路图像；
所述检测模块用于对所述道路图像进行检测，获得检测数据；
所述定位模块用于对所述车辆进行精准定位，实时获取所述车辆的定位信息；
所述数据存储模块用于存储所述检测数据和所述定位信息；
所述主控模块用于对所述车载便携轻量化智能巡检***进行控制；
所述电源模块用于对所述车载便携轻量化智能巡检***供电；
所述数据传输模块用于所述检测模块检测到的数据上传到数据库。
2.根据权利要求1所述的车载便携轻量化智能巡检***，其特征在于，
所述检测模块至少包括高清工业相机、全景相机和加速度传感器。
3.根据权利要求2所述的车载便携轻量化智能巡检***，其特征在于，
所述高清工业相机设置于车辆的车尾，用于检测路面病害分布情况；
所述路面病害包括：裂缝、坑槽、网裂、修补、井盖高框差、伸缩缝损坏。
4.根据权利要求2所述的车载便携轻量化智能巡检***，其特征在于，
所述全景相机设置于车辆的车头，用于检测附属设施完整性，其中，所述全景相机由8台视角不同的相机拼接而成；
所述附属设施包括护栏的缺失、护栏的破损或弯折、防眩板的缺失、路侧灯柱的弯折。
5.根据权利要求2所述的车载便携轻量化智能巡检***，其特征在于，
所述加速度传感器设置于车辆后轴上方，用于检测路面平整度。
6.根据权利要求1所述的车载便携轻量化智能巡检***，其特征在于，
所述主控模块为车载边缘计算智能盒子，至少包括CPU、GPU以及接收和传输数据信号的硬件接口。
7.根据权利要求1所述的车载便携轻量化智能巡检***，其特征在于，
所述数据传输模块至少包括数据接收单元，WebService单元，JavaScript网页单元，数据计算单元，数据库单元，规范标准单元，报表生成单元。
8.根据权利要求1-7所述的一种车载便携轻量化智能巡检方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1.在所述车辆安装所述图像采集模块、检测模块、定位模块、数据存储模块、主控模块、电源模块、数据传输模块；
S2.对所述检测模块进行设备标定，所述检测模块包括清工业相机、全景相机和加速度传感器；
S3.根据道路检测计划对目标道路进行检测；
S4.将检测数据上传至数据库，用于大数据分析或可视化展示。
9.根据权利要求8所述的车载便携轻量化智能巡检方法，其特征在于，
所述S1包括以下步骤，
S1.1.将车载边缘计算智能盒子放置于车辆内部，并进行供电；
S1.2.将所述高清工业相机设置在车身尾部，调整所述高清工业相机的光圈和焦距，保证所述高清工业相机至少覆盖一条车道；
S1.3.将所述全景相机设置在车身前部；
S1.4.将所述加速度传感器设置于车辆后轴上方，用螺栓或胶带固定；
S1.5.将所述定位模块设置于车辆顶部且不被遮挡；
S1.6.将所述高清工业相机、全景相机、加速度传感器、RTK定位设备通过信号传输线分别与所述车载边缘计算智能盒子连接，检验设备是否可正常运转。
10.根据权利要求8所述的车载便携轻量化智能巡检方法，其特征在于，
所述S2，对所述高清工业相机和全景相机的标定过程为，通过将棋盘格平面板放置不同位置拍摄照片作为标定数据，检测所述标定数据中的标定点，利用所述标定点求解摄像机内参数、外参数和畸变系数，根据极大似然估计优化结果，得出最优内参数、最优外参数和最优畸变参数矩阵。
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