[發明專利]一種智能化道路檢測裝置

有效

• 申請號: 202010720909.X
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111778819B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 郭紅濤;牛利娜;杜兵兵;張肖剛;仲冰;李錕;董利鵬;王向;李瑞靜;倪楠楠
• 申請（專利權）人: 河南省交通規劃設計研究院股份有限公司
• 主分類號: E01C23/01
• 分類號: E01C23/01
• 代理公司: 北京高航知識產權代理有限公司 11530
• 代理人: 喬浩剛

1.一種智能化道路檢測裝置，其特征在于，包括：移動裝置、檢測裝置和處理裝置；

其中檢測裝置設置在所述移動裝置的尾部，所述處理裝置設置在所述移動裝置內，其與所述檢測裝置通信連接；

所述移動裝置用于帶動所述檢測裝置向前移動；

所述檢測裝置包括檢測輥模塊和連接模塊；

所述檢測輥模塊包括固定支架、檢測輥和振動加速度傳感器；所述連接模塊包括連接桿；

所述檢測輥的兩端通過軸承安裝在所述固定支架的一端上，所述固定支架上設置有所述振動加速度傳感器；所述固定支架的另一端通過軸承與連接桿連接，所述連接桿與移動裝置固定連接；

其中所述振動加速度傳感器與所述處理裝置通信連接，其用于獲取所述固定支架的豎直向振動加速度信號，并發送到處理裝置；

所述處理裝置用于接收由所述振動加速度傳感器發送的豎直向振動加速度信號，并對所述豎直向振動加速度信號進行分析處理，根據豎直向振動加速度信號檢測路面存在的平整度信息；

所述檢測裝置包括多個所述檢測輥模塊，多個檢測輥模塊的檢測輥沿左右方向并排設置，其中每個檢測輥對應設置有各自的固定直接分別與移動裝置的連接桿連接，每個檢測輥對應的固定支架上分別設置有振動加速度傳感器；

所述移動裝置的尾部固定設置有水平托架；所述連接桿的兩端固定連接在所述水平托架上；

所述固定支架的另一端通過軸承套設在所述連接桿上，所述連接桿上還設置有固定部件，所述固定部件抵設于所述固定支架與連接桿連接處的左右兩側，用于固定限制固定支架的左右方向平移；

所述處理裝置包括：接收模塊、信號處理模塊和結果輸出模塊；其中，

所述接收模塊與所述振動加速度傳感器連接，用于接收所述振動加速度傳感器采集的豎直向振動加速度信號；

所述信號處理模塊用于依次對接收的豎直向振動加速度信號進行濾波處理，去除豎直向振動加速度信號中的噪聲干擾，獲取濾波處理后的豎直向振動加速度信號；并對濾波處理后的豎直向振動加速度信號進行特征提取處理，獲取該豎直向振動加速度信號的特征參數；根據獲取的特征參數采用識別模型對該特征參數進行識別處理，獲取路面平整度分析結果；以及用于根據各檢測輥對應的道路平整度分析結果進行融合，獲取二維道路平整分析結果示意圖，并根據獲取的二維道路平整分析結果示意圖分析道路中存在的平整度缺陷類型；

所述輸出模塊用于輸出所述二維道路平整分析結果示意圖以及相應的平整度缺陷類型分析結果；

其中，接收模塊包括分幀單元；

分幀單元用于對振動加速度傳感器發送的豎直向振動加速度信號進行分幀加窗處理，將分幀后的豎直向振動加速度信號發送到信號處理模塊；

信號處理模塊包括濾波單元、特征提取單元、分析單元和融合單元；

濾波單元用于對獲取的豎直向振動加速度信號進行濾波處理，去除該豎直向振動加速度信號中包含的噪聲干擾，輸出濾波處理后的豎直向振動加速度信號；

特征提取單元用于根據濾波處理后的豎直向振動加速度信號進行特征提取處理，從該濾波處理后的豎直向振動加速度信號中獲取用于判斷道路平整度的特征參數，其中特征參數包括：幅值、均值、標準差、頻率、極值以及當前移動速度；

分析單元用于將獲取的特征參數輸入到預先訓練好的平整度檢測模型中，獲取輸出的平整度檢測結果；

特征提取單元還用于根據豎直向振動加速度信號獲取相應的平整度特征值；

融合單元用于建立二維坐標系，并將各檢測輥依次對應到不同的橫坐標中，并隨著檢測時間的推移，將不同豎直向振動加速度信號幀對應的平整度特征值依次對應到不同的中坐標中，從而構建二維道路平整分析結果示意圖；

其中，濾波單元對獲取的豎直向振動加速度信號進行濾波處理，包括：

針對每一幀豎直向振動加速度信號，采用設定的小波基和分解層數對其進行小波變換，獲取該幀豎直向振動加速度信號的低頻小波系數和高頻小波系數；

針對獲取的高頻小波系數，采用下列閾值函數對其進行閾值處理：

式中，w′(i,j)表示閾值處理后的第i層第j個高頻小波系數；w(i,j)表示閾值處理前的第i層第j個高頻小波系數，λ表示閾值，β表示設定的調節因子，N表示小波分解總層數；σ表示噪聲方差，根據第一層高頻小波系數的中值獲得；

將閾值處理后的高頻小波系數和原小波分解獲取的低頻小波系數進行融合，獲取濾波處理后的豎直向振動加速度信號；

其中，特征提取單元根據豎直向振動加速度信號獲取相應的平整度特征值，包括：

針對每一幀豎直向振動加速度信號計算其對應的平整度特征值，其中采用的平整度特征值計算函數為：

式中，P(x,y)表示第x個檢測輥獲取的第y幀豎直向振動加速度信號對應的平整度特征值；S(x,y,n)表示第x個檢測輥獲取的第y幀豎直向振動加速度信號中第n個采樣點的幅值；L_y表示每幀采樣點的總數；max_S(x,y)(S(x,y,n))表示第x個檢測輥獲取的第y幀豎直向振動加速度信號中的最大極值點對應的幅值；表示第x個檢測輥獲取的第y幀豎直向振動加速度信號中的第二大極值點對應的幅值；表示根據第x個檢測輥獲取的第y幀豎直向振動加速度信號中的采樣點幅值從大到小排列，位于第25％分位點對應的幅值大小；其中τ₁、τ₂、τ₃、τ₄分別表示設定的調節因子，其中τ₁∈[0.01,0.2]，τ₂∈[0.2,0.4]，τ₃∈[0.2,0.4]，τ₄∈[0.2,0.4]，其中τ₁+τ₂+τ₃+τ₄＝1；

融合單元將每一幀豎直向振動加速度信號的平整度特征值P(x,y)記錄到二維道路平整分析結果示意圖相應的坐標(x,y)中，以獲取及不斷更新二維道路平整分析結果示意圖；

其中，分析單元還包括：根據獲取的二維道路平整分析結果示意圖，對其中各坐標的平整度特征值進行灰度歸一化處理，獲取相應的灰度示意圖，并根據獲取的灰度示意圖進行邊緣檢測獲取邊邊緣信息，并根據獲取的邊緣信息進行平整度缺陷識別，輸出平整度缺陷識別結果；

輸出模塊還用于輸出灰度示意圖；

分析單元中，對二維道路平整分析結果示意圖中個坐標的平整度特征值進行灰度歸一化處理時，為根據預先設定的平整度特征值區間進行取值為0-1的歸一化處理，并將歸一化結果映射到0-255的灰度值中；

分析單元中，對二維道路平整分析結果示意圖K中個坐標的平整度特征值進行灰度歸一化處理，包括：

式中，H(x,y)表示坐標(x,y)的歸一化灰度值，P(x,y)表示二維道路平整分析結果示意圖中坐標(x,y)的平整度特征值；表示二維道路平整分析結果示意圖中平整度特征值最大的前5％坐標的平整度特征值均值；表示二維道路平整分析結果示意圖中平整度特征值最小的前5％坐標的平整度特征值均值。