CN103321129A - 基于3g网络的红外热像的远程路面施工诊断系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于3G网络的红外热像的远程路面施工诊断系统及方法，该系统包括有通过3G无线通讯网络相互通信连接的红外热像采集系统和红外热像质检中心；所述红外热像采集系统内包括ARM嵌入式系统、连接于ARM嵌入式系统的红外热像仪、测距装置及3G无线通讯模块；所述红外热像质检中心内包括3G无线网卡及数据处理器；所述红外热像采集系统和红外热像质检中心之间通过3G无线通讯模块及3G无线网卡相互通信连接。采用先进的3G网络传输技术，轻松地实现红外热像采集系统与红外热像质检中心之间控制信号的远程无线通信及红外图像及温度数据的时实传送、记录与分析处理。

Description

基于3G网络的红外热像的远程路面施工诊断系统及方法

技术领域

本发明涉及自动控制领域技术，尤其是指一种基于3G网络的红外热像的远程路面施工诊断系统及方法。

背景技术

随着高等级公路和高速公路里程的大幅增长以及交通量的逐年递增，在不干扰交通的前提下对路面损坏进行准确、快速的检测成为路面养护管理的迫切需求。沥青路面的主要损坏可分为表面破损类和变形类，这两类损坏的范围和程度通常是沥青路面维修的依据，已问世或处于研究阶段的路面检测设备也以检测这两类损坏为主。其中以图像处理为技术基础的无损检测是该领域研究的重要方向，但目前的技术水平仍不够成熟，特别是自动化检测方面，多数应用仍停留在试验阶段。

在路面损坏检测中，检测路面破损普遍采用外业拍照或摄影、内业识别的方式，较成熟的识别模式多为人工识别或半自动识别，全自动识别以及实时识别尚未有稳定成熟的应用。与破损检测相对单一的技术路线不同，路面变形检测呈现出多种技术形式，从早期的多激光传感器检测，到激光转镜扫描检测、光学干涉检测，以及激光结构光断面检测等，在技术上均可以实现对路面变形的快速、无损检测，自动化程度也较高。相比而言，激光转镜检测，由于结构复杂、造价昂贵在实践中应用不多；光学干涉检测由于对震动极其敏感从而不适合动态环境下的检测；激光结构光存在只能在夜间检测或受震动影响检测精度不高的问题。

鉴于上述原因，虽然已有多种基于图像处理的路面自动化检测设备问世，但其在实际生产实践中的应用仍然非常有限，该领域的研究仍存在很大空间。

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基于3G网络的红外热像的远程路面施工诊断系统及方法，可以直接安装于道路质量勘测车上，在正常行驶速度下直观地检测高速公路等沥青路面或其他路面的缺陷，为道路渗水、裂缝、坑槽、松散、层间脱落等缺陷的保养维修提供准确的技术依据。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种基于3G网络的红外热像的远程路面施工诊断系统，包括有通过3G无线通讯网络相互通信连接的红外热像采集系统和红外热像质检中心；所述红外热像采集系统内包括ARM嵌入式系统、连接于ARM嵌入式系统的红外热像仪、测距装置及3G无线通讯模块；所述红外热像质检中心内包括3G无线网卡及数据处理器；所述红外热像采集系统和红外热像质检中心之间通过3G无线通讯模块及3G无线网卡相互通信连接。

优选的，所述ARM嵌入式系统内包括有ARM处理器，该ARM处理器与3G无线通讯模块通信连接。

优选的，所述红外热像仪包括光学系统、非制冷焦平面阵列及外围电路、FPGA红外采集校正滤波模块；所述非制冷焦平面阵列及外围电路与光学系统电性连接，FPGA红外采集校正滤波模块与ARM嵌入式系统电性连接，所述非制冷焦平面阵列及外围电路与FPGA红外采集校正滤波模块之间还依次电性连接有预处理电路及A/D转换电路。

优选的，所述光学系统内包括有广角红外镜头，该广角红外镜头是一种焦距短于标准镜头、视角大于标准镜头、焦距长于鱼眼镜头、视角小于鱼眼镜头的摄影镜广角红外镜头。

优选的，所述非制冷焦平面阵列及外围电路内包括有非致冷焦平面探测器及读出电路，该读出电路一端与非致冷焦平面探测器电性连接，另一端与预处理电路电性连接，被测路面的红外辐射广角红外镜头，成像在非致冷焦平面探测器的光敏面上，其产生的信号经读出电路读出，并输出序列模拟图像信号，进而经过预处理电路进行放大和阻抗变换处理后，通过A/D转换电路输出。

优选的，所述ARM嵌入式系统采用ARM11内核的CPU，经FPGA红外采集校正滤波模块处理后的图像数据传送至ARM嵌入式系统，ARM嵌入式系统将读取的图像数据发送至3G无线通讯模块，通过3G无线通讯网络实现与远程的红外热像质检中心的服务器通讯。

优选的，所述红外热像采集系统还包括有一用于检测车速的测距装置，该测距装置与该ARM嵌入式系统电性连接并输出车速脉冲信号至该ARM嵌入式系统，该ARM嵌入式系统将所述车速脉冲信号换算成行驶距离信号，并依据行驶距离信号产生对红外热像仪的控制信号，控制该红外热像仪的拍摄动作。

优选的，所述测距装置是测量车辆的轮胎转速的霍尔传感器。

优选的，所述红外热像质检中心还包括分别连接于数据处理器的显示模块、报警模块、打印模块和存储模块。

一种基于3G网络的红外热像的远程路面施工诊断方法，包括以下步骤：

（1）检测车辆在被检测路面上行驶；

（2）通过基于霍尔传感器的脉冲信号而设定的预定距离；

（3）每隔该预定距离发送一个触发信号给红外热像仪的拍照触发装置，红外热成像仪根据所述触发信号自动拍摄被检测路面的红外热图，此红外热图为红外数字图像，每一点都包含具体的温度数值；

（4）该红外热像仪将所拍摄的每一帧包含温度数值的红外热图信号实时传送到该ARM嵌入式系统，该ARM嵌入式系统将所述红外热图数字信号转换为用于标准网络传输的红外数字信号，进而通过3G无线通讯模块传送到红外热像质检中心；

（5）该红外热像质检中心的3G无线网卡接收红外热像采集系统的红外数字信号，再送到数据处理器，数据处理器应用路面缺陷分析软件对所述红外数字信号进行截图处理和数据分析，给出被检测路面的连续的温度分布图谱，同时获得温度趋势分析曲线，以准确反映出路面拍摄时间及每一点的对应温度；

（6）当红外热像图的温度数据出现明显差异时，数据处理器的路面缺陷分析软件能对差异数据进行分析，通过分析形成分析报告，确定路面缺陷类型，对有异常变化的温度图像和温度曲线，路面缺陷分析软件会自动报警，并根据起点的坐标给出出现缺陷的图片所在的具体拍摄张数位置，计算机处理系统再根据此张数位置和距离传感器设定的即离触发参数自动换算出故障点的具体路面位置，即相对起点的公里数；

（7）在执行步骤（6）后，判断该检测车辆是否到达被检测路面的终点，如果判断结果为否，则返回步骤（3）；

（8）在执行步骤（7）后，如果判断结果为是，对所有出现缺陷的图片逐一进行分析判断，给出处埋结论和/或建议拟采取的处置方案，扫印出故障报告并存档备案，该数据处理器还将出现缺陷的图像和有关数据导入并存储在路面缺陷分析软件的数据库中。

 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，由于系统采用先进的3G网络传输技术，轻松地实现红外热像采集系统与红外热像质检中心之间的控制信号的远程无线通信及红外图像及温度数据的时实传送、记录与分析处理，以及针对故障现的自动报警等，其全部数据(红外热图、温度数据、控制命令等)都是以数字格式进行传送，大大减小了系统布线的复杂程度，降低了系统的布线成本，提高了数据传送的可靠性和故障分析的准确性，增强了温度分析和计算的灵活性。

另外，红外热像质检中心的数据处理器上，即其路面缺陷分析软件内有专家分析系统和海量参考图谱进行诊断并提供治疗方案，其检测结果相对现有技术而言更为直观、快速、准确和可靠，为后续的故障判断与故障排除提供了有效依据，起到了事半功倍的效果。

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是本发明之实施例的结构原理详图；

图3是本发明之实施例的方法流程图。

附图标识说明：

10、红外热像采集系统         11、ARM嵌入式系统

121、光学系统                122、非制冷焦平面阵列及外围电路

123、预处理电路            124、A/D转换电路

125、FPGA红外采集校正滤波模块

13、测距装置                 14、3G无线通讯模块

15、电源电路                

20、红外热像质检中心         21、3G无线网卡

22、数据处理器               23、显示模块

24、报警模块                 25、打印模块

26、存储模块                 30、3G无线通讯网络。

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，包括有通过3G无线通讯网络30相互通信连接的红外热像采集系统10和红外热像质检中心20。

其中，所述红外热像采集系统10内包括ARM嵌入式系统11、连接于ARM嵌入式系统11的红外热像仪、测距装置13及3G无线通讯模块14。所述红外热像质检中心20内包括3G无线网卡21及数据处理器22，所述红外热像采集系统10和红外热像质检中心20之间通过3G无线通讯模块14及3G无线网卡21相互通信连接，藉此，通过在红外热像仪中整合3G无线通讯模块14，可以很好的解决在公路上或移动状态下的图像的远程传输和资料共享的问题。

本发明中，所述红外热像仪包括光学系统121、非制冷焦平面阵列及外围电路122、FPGA红外采集校正滤波模块125。其中，所述非制冷焦平面阵列及外围电路122与光学系统121电性连接，FPGA红外采集校正滤波模块125与ARM嵌入式系统11电性连接，所述非制冷焦平面阵列及外围电路122与FPGA红外采集校正滤波模块125之间还依次电性连接有预处理电路123及A/D转换电路124。

其中，所述光学系统121用于接收被测路面的红外辐射，根据视场测量宽度大小和像质的要求而由不同红外光学透镜组成，起着对被测路面的红外辐射进行汇聚、滤波和聚焦等作用。具体的，该光学系统121内包括有红外镜头，该红外镜头可以为一广角红外镜头。该广角红外镜头是一种焦距短于标准镜头、视角大于标准镜头、焦距长于鱼眼镜头、视角小于鱼眼镜头的摄影镜广角红外镜头。

在本发明具体实施例中，所述非制冷焦平面阵列及外围电路122内包括有非致冷焦平面探测器及读出电路，该读出电路一端与非致冷焦平面探测器电性连接，另一端与预处理电路电性连接。被测路面的红外辐射经8um~l2um的红外镜头，成像在非致冷焦平面探测器的光敏面上，其产生的信号经读出电路读出，并输出序列模拟图像信号，进而经过预处理电路进行放大和阻抗变换处理后，通过A/D转换电路124输出。

所述FPGA红外采集校正滤波模块125将经过A/D转换电路124输出的图像信号进行非均匀性校正、滤波以降低噪声提高信噪比和死点补偿后，产生中断信号通知ARM嵌入式系统11读取图像数据。

所述ARM嵌入式系统11内包括有ARM处理器，该ARM处理器与3G无线通讯模块14通信连接。作为本发明的一种选择性实施例，所述ARM处理器可以采用ARM11内核的CPU，该ARM11内核的CPU可以运行嵌入式Wince6. 0操作系统。此外，经FPGA红外采集校正滤波模块125处理后的图像数据通过输入电路传送至ARM嵌入式系统11，ARM嵌入式系统11将读取的图像数据发送至3G无线通讯模块14，通过3G无线通讯网络30实现与远程的红外热像质检中心20的服务器通讯。

此外，本发明的红外热像采集系统10还包括一电源电路15，该电源电路15分别与非制冷焦平面阵列及外围电路122、预处理电路123、 A/D转换电路124、FPGA红外采集校正滤波模块125及ARM嵌入式系统11电性连接。该电源电路15可以为整个红外热像采集系统10提供多组电压，以确保各模块在任意场合下都能够正常工作。

还有，该ARM嵌入式系统11还连接有一用于检测车速的测距装置13，设置在该检测车辆的车轮上，该测距装置13与该ARM嵌入式系统11连接并输出车速脉冲信号至该ARM嵌入式系统11，该ARM嵌入式系统11将所述车速脉冲信号换算成行驶距离信号，并依据行驶距离信号产生对红外热像仪的控制信号，控制该红外热像仪的拍摄动作。

该测距装置13例如可以是测量车辆的轮胎转速的霍尔传感器，ARM嵌入式系统11根据测距装置13传送过来的脉冲信号，换算出检测车辆的车速和行程，并给出每次相隔的预定距离(米)来触发红外热像仪进行被侧路面的红外热图拍摄。

承上，所述红外热像质检中心20的3G无线网卡21接收来自红外热像采集系统10的红外数字信号，数据处理器22应用路面缺陷分析软件对来自3G无线网卡21的红外数字信号进行截图处理和数据分析，将灰度数据转换成温度数据，形成温度分布热图，然后再根据分析需要，通过温窗变换，对关心的温度段和部位进行图像增强处理，根据处理后数据来确定被检测路面上的缺陷类型（道路渗水、裂缝、坑槽、松散、层间脱落等缺陷）、缺陷定位位置和建议处置方案等。

该红外热像质检中心20还可包括显示模块23，显示模块23通过视频编码电路、音频放大电路及输出电路连接于数据处理器22，将图像合成视频序列输出，从而可以直观显示被检测路面的红外热图、红外数字信号、缺陷类型、缺陷定位位置及建议处置方案等。

该红外热像质检中心20还可包括报警模块24和打印模块25，报警模块24和打印模块25均连接于数据处理器22，当数据处理器22判断检测结果超出设定的合格值，则发出报警信号，提醒工作人员实行相应的措施，同时打印出检测结果列表。

该红外热像质检中心20还包括有存储模块26，用于存储检测参数和结果。

本发明的路面缺陷检测系统的基本工作原理是：在检测车辆行走过程中，基于安装在检测车辆的轮胎上的测距装置13所得到的速度信号，计算出车辆行驶距离，每过一定距离(例如为2米)发送一个触发信号，触发检测车辆上的红外热像仪拍摄被检测路而的某段区域，该区域的长度例如为2米，宽度为标准车道宽度的带红外数字信号的红外热图，再通过3G无线通讯模块14将红外热图送到红外热像质检中心20，红外热像质检中心20的3G无线网卡21接收到红外热图，送到数据处理器22，安装数据处理器22的路面缺陷分析软件来对热图及其上的温度数据进行分析处理，根据分析和处理结果绘制该区域的路面温度分布图谱，然后再重复以上操作，循环往复，从而得到全部被检测路面的连续的路面温度分布图谱和全部温度数据，用定量和定性方法直观地反映被检测路面的缺陷情况，为路面维修提供可视的图像与数据。

下面结合附图3来具体描述本发明的路面检测方法，所述路面缺陷检测方法包括以下步骤：

（1）检测车辆以基本均匀的时速在高速公路等的被检测路面上行驶。

（2）通过基于霍尔传感器的脉冲信号而设定的预定距离(一般为2米)。

（3）每隔该预定距离发送一个触发信号给红外热像仪的拍照触发装置，红外热成像仪根据所述触发信号自动拍摄被检测路面的红外热图，此红外热图为红外数字图像，每一点都包含具体的温度数值。

（4）该红外热像仪通过数据线将所拍摄的每一帧包含温度数值的红外热图热图信号实时传送到该ARM嵌入式系统11，该ARM嵌入式系统11将所述红外热图数字信号转换为用于标准网络传输的红外数字信号并进而通过3G无线通讯模块14传送到红外热像质检中心20。

（5）该红外热像质检中心20的3G无线网卡21接收红外热像采集系统10的红外数字信号，再送到数据处理器22，数据处理器22应用路面缺陷分析软件对所述红外数字信号进行截图处理和数据分析，经过分析处理模块的分析处理，给出被检测路面的连续的温度分布图谱，同时获得温度趋势分析曲线，以准确反映出路面拍摄时间及每一点的对应温度。

（6）当红外热像图的温度数据出现明显差异时，路面缺陷分析软件能对差异数据进行分析，通过分析形成分析报告，确定路面缺陷类型，对有异常变化的温度图像和温度曲线，路面缺陷分析软件会自动报警(例如在显示模块23的显示屏上自动弹出报警提示框或通过报警模块24发出报警提示音)，并根据起点的坐标给出出现缺陷的图片所在的具体拍摄张数位置，计算机处理系统再根据此张数位置和距离传感器设定的即离触发参数自动换算出故障点的具体路面位置，即相对起点的公里数。

（7）在执行步骤（6）后，判断该检测车辆是否到达被检测路面的终点，如果判断结果为否，则返回步骤（3）。

（8）在执行步骤（7）后，如果判断结果为是，分析人员对所有出现缺陷的图片逐一进行分析判断，给出处埋结论和/或建议拟采取的处置方案，扫印出故障报告并存档备案，该数据处理器22还将出现缺陷的图像和有关数据导入并存储在路面缺陷分析软件的数据库中，供积累总结之用，以便能更好地指导日后的保养维护工作。

综上所述，本发明的设计重点在于，由于系统采用先进的3G网络传输技术，轻松地实现红外热像采集系统10与红外热像质检中心20之间的控制信号的远程无线通信及红外图像及温度数据的时实传送、记录与分析处理，以及针对故障现的自动报警等，其全部数据(红外热图、温度数据、控制命令等)都是以数字格式进行传送，大大减小了系统布线的复杂程度，降低了系统的布线成本，提高了数据传送的可靠性和故障分析的准确性，增强了温度分析和计算的灵活性。

另外，红外热像质检中心20的数据处理器22上有路面缺陷分析软件内有专家分析系统和海量参考图谱进行诊断并提供治疗方案，其检测结果相对现有技术而言更为直观、快速、准确和可靠，为后续的故障判断与故障排除提供了有效依据，起到了事半功倍的效果。

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 (10)

1.一种基于3G网络的红外热像的远程路面施工诊断系统，其特征在于：包括有通过3G无线通讯网络相互通信连接的红外热像采集系统和红外热像质检中心；所述红外热像采集系统内包括ARM嵌入式系统、连接于ARM嵌入式系统的红外热像仪、测距装置及3G无线通讯模块；所述红外热像质检中心内包括3G无线网卡及数据处理器；所述红外热像采集系统和红外热像质检中心之间通过3G无线通讯模块及3G无线网卡相互通信连接。

2.根据权利要求1所述的基于3G网络的红外热像的远程路面施工诊断系统，其特征在于：所述ARM嵌入式系统内包括有ARM处理器，该ARM处理器与3G无线通讯模块通信连接。

3.根据权利要求1所述的基于3G网络的红外热像的远程路面施工诊断系统，其特征在于：所述红外热像仪包括光学系统、非制冷焦平面阵列及外围电路、FPGA红外采集校正滤波模块；所述非制冷焦平面阵列及外围电路与光学系统电性连接，FPGA红外采集校正滤波模块与ARM嵌入式系统电性连接，所述非制冷焦平面阵列及外围电路与FPGA红外采集校正滤波模块之间还依次电性连接有预处理电路及A/D转换电路。

4.根据权利要求3所述的基于3G网络的红外热像的远程路面施工诊断系统，其特征在于：所述光学系统内包括有广角红外镜头，该广角红外镜头是一种焦距短于标准镜头、视角大于标准镜头、焦距长于鱼眼镜头、视角小于鱼眼镜头的摄影镜广角红外镜头。

5.根据权利要求4所述的基于3G网络的红外热像的远程路面施工诊断系统，其特征在于：所述非制冷焦平面阵列及外围电路内包括有非致冷焦平面探测器及读出电路，该读出电路一端与非致冷焦平面探测器电性连接，另一端与预处理电路电性连接，被测路面的红外辐射广角红外镜头，成像在非致冷焦平面探测器的光敏面上，其产生的信号经读出电路读出，并输出序列模拟图像信号，进而经过预处理电路进行放大和阻抗变换处理后，通过A/D转换电路输出。

6.根据权利要求1所述的基于3G网络的红外热像的远程路面施工诊断系统，其特征在于：所述ARM嵌入式系统采用ARM11内核的CPU，经FPGA红外采集校正滤波模块处理后的图像数据传送至ARM嵌入式系统，ARM嵌入式系统将读取的图像数据发送至3G无线通讯模块，通过3G无线通讯网络实现与远程的红外热像质检中心的服务器通讯。

7.根据权利要求1所述的基于3G网络的红外热像的远程路面施工诊断系统，其特征在于：所述红外热像采集系统还包括有一用于检测车速的测距装置，该测距装置与该ARM嵌入式系统电性连接并输出车速脉冲信号至该ARM嵌入式系统，该ARM嵌入式系统将所述车速脉冲信号换算成行驶距离信号，并依据行驶距离信号产生对红外热像仪的控制信号，控制该红外热像仪的拍摄动作。

8.根据权利要求7所述的基于3G网络的红外热像的远程路面施工诊断系统，其特征在于：所述测距装置是测量车辆的轮胎转速的霍尔传感器。

9.根据权利要求1所述的基于3G网络的红外热像的远程路面施工诊断系统，其特征在于：所述红外热像质检中心还包括分别连接于数据处理器的显示模块、报警模块、打印模块和存储模块。

10.一种基于3G网络的红外热像的远程路面施工诊断方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）检测车辆在被检测路面上行驶；

（2）通过基于霍尔传感器的脉冲信号而设定的预定距离；

（3）每隔该预定距离发送一个触发信号给红外热像仪的拍照触发装置，红外热成像仪根据所述触发信号自动拍摄被检测路面的红外热图，此红外热图为红外数字图像，每一点都包含具体的温度数值；

（4）该红外热像仪将所拍摄的每一帧包含温度数值的红外热图信号实时传送到该ARM嵌入式系统，该ARM嵌入式系统将所述红外热图数字信号转换为用于标准网络传输的红外数字信号，进而通过3G无线通讯模块传送到红外热像质检中心；

（5）该红外热像质检中心的3G无线网卡接收红外热像采集系统的红外数字信号，再送到数据处理器，数据处理器应用路面缺陷分析软件对所述红外数字信号进行截图处理和数据分析，给出被检测路面的连续的温度分布图谱，同时获得温度趋势分析曲线，以准确反映出路面拍摄时间及每一点的对应温度；

（6）当红外热像图的温度数据出现明显差异时，数据处理器的路面缺陷分析软件能对差异数据进行分析，通过分析形成分析报告，确定路面缺陷类型，对有异常变化的温度图像和温度曲线，路面缺陷分析软件会自动报警，并根据起点的坐标给出出现缺陷的图片所在的具体拍摄张数位置，计算机处理系统再根据此张数位置和距离传感器设定的即离触发参数自动换算出故障点的具体路面位置，即相对起点的公里数；

（7）在执行步骤（6）后，判断该检测车辆是否到达被检测路面的终点，如果判断结果为否，则返回步骤（3）；

（8）在执行步骤（7）后，如果判断结果为是，对所有出现缺陷的图片逐一进行分析判断，给出处埋结论和/或建议拟采取的处置方案，扫印出故障报告并存档备案，该数据处理器还将出现缺陷的图像和有关数据导入并存储在路面缺陷分析软件的数据库中。

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