路面平整度分析方法以及养护巡查系统技术方案

路面平整度分析方法，包括步骤一，三轴坐标系转换；步骤二，数据预处理；步骤三，基于机器学习分类算法的路面平整度分析，通过对预处理后数据进行初步的处理与分析，可以提取出能够表征不同路面平整度的特征值，并输出道路颠簸点信息；步骤四，计算视频摄像头的照片截取时间；步骤五，基于图像识别分析颠簸点的病害类型。路面平整度养护巡查系统，基于智能车载终端OBU和视频摄像头的轻量化车载式路面平整度养护巡查系统，平台服务器通过路面平整度分析模块输出路面平整度分析结果。本发明专利技术实现了低成本快速检测公路路面病害的类型、位置、程度等，节省日常养护巡查周期和费用，为道路养护决策提供指导依据。护决策提供指导依据。护决策提供指导依据。

【技术实现步骤摘要】
路面平整度分析方法以及养护巡查系统


[0001]本专利技术涉及公路路面平整度检测
，具体涉及一种路面平整度分析方法，以及应用有该方法的基于智能车载终端OBU和视频摄像头的轻量化车载式路面平整度养护巡查系统。

技术介绍

[0002]随着全国公路路网的基本建成，我国步入了公路养护维修高潮期，路面老化、路基沉降、局部坑洼、路面裂缝、坑槽、壅包等问题逐渐显现出来，不同程度地影响着车辆的行车安全、通行效率和行车舒适度等，已有的路面病害也在进一步加剧着路面的恶化。公路路面日常养护巡查是养护管理决策的重要依据，据统计，2021年高速公路、国省道路、农村公路总里程共计534.7万公里，为养护巡查的工作质量和效率提出了极高的挑战。
[0003]常见的路面检测工作由人工走查、半自动检测车、全自动检测车完成。人工走查过程中，每名检查员每天只能完成10km左右检测量，耗时耗力且存在较大的安全隐患，无法应对大规模养护巡查工作。半自动检测车在行驶过程中采集路面图像，再由人工查看识别病害，其缺点病害定位精度低，主观判定容易出现错判漏判。全自动检测车具有设备繁多、操作复杂、成本高昂、维护困难等问题，不利于大范围推广应用。
[0004]近年来，路面养护巡查技术研究日益增多，主要围绕路面病害AI视频识别、三轴加速度路面平整度指标分析、考虑路面颠簸的导航路径规划等方面展开，并取得了一定的进展，但是仍存在一定的问题。首先，受图像识别技术限制，树影与裂缝、光斑与坑洞等难以精准区分，路面病害AI视频识别准确率仅为65％～80％。其次，基于三轴加速度的路面平整度分析，未考虑车型、车速、传感器摆放角度等因素的影响，路面不平整无法辨别出是由路面病害还是井盖、减速带、障碍物等引起的，不具备表征路面质量的能力。第三，当前路面病害识别的定位误差普遍较大，其原因在于智能手机或GPS传感器的定位精度较低，约10m左右。第四，车载路面养护巡查设备的数量较多、占地空间大、安装复杂、成本较高，不适宜大批量装配和使用。
[0005]基于此，需要一种轻量化车载式路面平整度养护巡查系统，既能满足设备简易、成本低廉、低耗高频等要求，也能实现巡查记录、自动检测、智能分析等功能，节省管养巡查周期和费用，提高道路养护效率。
[0006]现有技术下已有专利的一些情况：
[0007]专利：道路质量记录仪及其方法(专利申请号：201010574907.0)。提出一种道路质量记录仪及其方法，道路质量记录仪包括速度传感器、震动传感器、导航器、处理器和存储器，采集行驶速度、颠簸程度、GPS数据，建立道路质量数据库，在路线导航时按照道路颠簸程度进行路线排序。其主要缺点在于道路质量数据库实质仍然是车辆实际行驶时间，与颠簸程度的关系较小，而与车速、流量、天气等因素关系较大。其次，无法量化道路的颠簸程度和具体点位。
[0008]专利：基于加速度传感器的车载式路面不平度采集系统及工作方法(专利申请号：
201510126564.4)。提出一种基于加速度传感器的车载式路面不平度采集系统及工作方法。该系统由稳压电路、加速度传感器、信号处理电路、GPS模块、单片机、蓝牙模块、上位机组成。将加速度传感器固定在汽车靠左后轮的悬架上，采集X、Y、Z三轴加速度信号和GPS数据，通过蓝牙传输至上位机并进行建模，计算路面不平整度指数IRI值。其缺点在于未考虑车辆速度、车辆类型、传感器摆放角度等对IRI数值的影响；IRI值无法识别路面不平整引发的原因是路面病害还是井盖、减速带等设施，对路面养护决策的指导有限。
[0009]专利：基于内置三轴加速传感器智能手机的路面质量评级方法(专利申请号：201611173513.8)。提出一种基于内置三轴加速传感器智能手机的路面质量评级方法，基于手机三轴加速度数据构建了建立Logistics路面质量等级划分回归模型。其缺点在于手机定位精度有限；将手机垂直放于前仪表盘面板上，在车辆行驶过程中手机可能发生位置偏离；没有对手机内置三轴加速度传感器坐标系进行校正，可能导致检测结果失真。
[0010]专利：一种路面舒适性指数的确定方法及系统(专利申请号：202011406155.7)。提出一种路面舒适性指数的确定方法及系统，基于GPS、车辆纵向加速度、悬架动行程、方向盘转角、车速、轮胎噪声声压级等数据分析路面特征值(包括平均路面高程值、坑包频率、1
°
转向回复率、平均转向角和平均噪声声压级)，并计算路面舒适性指数。其缺点在于平均路面高程值极易将路面凸起和凹陷部分进行抵消，无法准确反映路面舒适性指数；轮胎噪声声压级与道路环境、路面材料、车型等多种因素有关，无法准确反映路面舒适性指数。
[0011]因此，一种基于智能车载终端OBU和视频摄像头的轻量化车载式路面平整度养护巡查系统的提出是亟需的。

技术实现思路

[0012]根据
技术介绍
提出的问题，本专利技术提供一种路面平整度养护巡查系统来解决，一种路面平整度养护巡查系统，是一种基于智能车载终端OBU和视频摄像头的轻量化车载式路面平整度养护巡查系统，在巡查车辆上安装智能车载终端OBU和视频摄像头，在行驶过程中采集车辆行车数据并上传至平台服务器，平台服务器通过养护巡查业务模块记录巡查工作，平台服务器通过路面平整度分析模块输出路面平整度分析结果。
[0013]路面平整度分析方法，包括以下步骤：
[0014]步骤一，系统启动开始工作；
[0015]步骤二，智能车载终端OBU实时输出振动数据、定位数据、时间数据至存储器，存储器输出数据至处理器进行预处理后，将数据上传至平台系统；视频摄像头设备实时输出视频数据、时间数据至存储器，存储器输出数据至处理器进行预处理后，将数据上传至平台系统；
[0016]步骤三，平台系统根据定位数据判断车辆定位是否在电子围栏内，如果是，则跳转至步骤四；如果否，路面平整度养护巡查系统停止或暂停工作；
[0017]步骤四，平台系统进行三轴坐标系转换，将三轴加速度传感器坐标转换为车辆坐标，对振动数据进行滤波处理，进行路面振动颠簸点分析，包括时刻、位置、程度，并提取路面振动颠簸点对应时刻；
[0018]步骤五，平台系统根据车辆定位数据计算车辆行驶速度，结合路面振动颠簸点对应时刻，计算视频颠簸点时刻，根据颠簸点时刻提取视频照片，基于图像识别分析颠簸点的
病害类型；
[0019]步骤六，结合路面振动颠簸点分析和路面病害类型分析，输出路面平整度分析结果；
[0020]步骤七，判断车辆是否完成巡查任务，若是，则路面平整度养护巡查系统停止或暂停工作，若否，则继续步骤二至步骤六工作。
[0021]进一步地，步骤四中，所述三轴坐标系转换是通过计算欧拉角实现：记三轴加速度传感器的横轴、纵轴和竖轴分别为X轴、Y轴和Z轴，欧拉角包括滚转角α、俯仰角β和偏航角γ，分别围绕X、Y和Z轴顺序旋转α、β和γ，将三轴加速度传感器的坐标转换为车辆坐标；假设三轴加速度传感器采集得到的三轴加速度为[a
x
,a
y本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.路面平整度分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，系统启动开始工作；步骤二，智能车载终端OBU实时输出振动数据、定位数据、时间数据至存储器，存储器输出数据至处理器进行预处理后，将数据上传至平台系统；视频摄像头设备实时输出视频数据、时间数据至存储器，存储器输出数据至处理器进行预处理后，将数据上传至平台系统；步骤三，平台系统根据定位数据判断车辆定位是否在电子围栏内，如果是，则跳转至步骤四；如果否，路面平整度养护巡查系统停止或暂停工作；步骤四，平台系统进行三轴坐标系转换，将三轴加速度传感器坐标转换为车辆坐标，对振动数据进行滤波处理，进行路面振动颠簸点分析，包括时刻、位置、程度，并提取路面振动颠簸点对应时刻；步骤五，平台系统根据车辆定位数据计算车辆行驶速度，结合路面振动颠簸点对应时刻，计算视频颠簸点时刻，根据颠簸点时刻提取视频照片，基于图像识别分析颠簸点的病害类型；步骤六，结合路面振动颠簸点分析和路面病害类型分析，输出路面平整度分析结果；步骤七，判断车辆是否完成巡查任务，若是，则路面平整度养护巡查系统停止或暂停工作，若否，则继续步骤二至步骤六工作。2.根据权利要求1所述的路面平整度分析方法，其特征在于，步骤四中，所述三轴坐标系转换是通过计算欧拉角实现：记三轴加速度传感器的横轴、纵轴和竖轴分别为X轴、Y轴和Z轴，欧拉角包括滚转角α、俯仰角β和偏航角γ，分别围绕X、Y和Z轴顺序旋转α、β和γ，将三轴加速度传感器的坐标转换为车辆坐标；假设三轴加速度传感器采集得到的三轴加速度为[a
x
,a
y
,a
z
]，则α、β和γ可以通过下式计算得到：]，则α、β和γ可以通过下式计算得到：]，则α、β和γ可以通过下式计算得到：根据计算得到的欧拉角，经过如下转换即可得到车辆三轴加速度[a'
x
,a'
y
,a'
z
]：3.根据权利要求2所述的路面平整度分析方法，其特征在于，步骤四中，对振动数据进行滤波处理是采用均值滤波对传感器采集的垂直振动数据进行降噪处理：假设在时刻t传感器采集得到的加速度数值为a(t)，取a(t)前后2n个数据进行均值计算，则得到修正后t时刻的加速度为：4.根据权利要求3所述的路面平整度分析方法，其特征在于，步骤四中，路面振动颠簸点分析包括以下步骤：
采用K近邻算法构建数据特征值与路面平整度指标之间的关系模型：采集不同平整度等级的路面数据并对典型数据进行标记，提取出不同路面平整度的数据分布特征并进行标准化处理，形成训练数据集；输入新采集的数据，根据给定的距离度量，在训练集中找到与该实例距离最近的k个实例，这k个实例从属的最多的路面平整度等级，则为该采集数据对应的路面平整度等级；根据给定的距离度量，在训练数据集T中寻找与输入实例最近邻的k个点，将涵盖这k个点的的邻域记作从中，根据分类决策规则决定的类别y：其中，I为指示函数：I(ture)＝1,I(false)＝0；对于y
i
(i＝1,2,
…
,N)只有的样本点才考虑。5.根据权利要求1所述的路面平整度分析方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘云鹏，魏乐宇，雷天，彭泳，
申请(专利权)人：浙江海康智联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：