CN107238604B - 路面表面构造分布及抗滑性能检测综合装置及检测方法 - Google Patents

路面表面构造分布及抗滑性能检测综合装置及检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种路面表面构造分布及抗滑性能检测综合装置及检测方法，属于公路工程技术领域。该装置主要包括路面表面图像采集系统和路面表面图像处理系统两大部分。本发明利用数字图像处理、高精度图像采集、无线高速传输、空对地摄像等技术，将实时采集的路面表面图像经过无线传输技术传送到图像处理器上，采用数字图像处理技术进行路面表面构造图像处理，通过处理得出相应的处理图像和数据，用于表征路面表面构造的分布均匀程度以及预测路面表面的抗滑性能，可以为新建公路、旧路改造、公路路面养护等工程提供及时、覆盖全部路面宽度的图像检测结果数据，保证公路路面的整体质量，实现路面表面设计的功能性，提高车辆行驶的安全性和舒适性。

Description

路面表面构造分布及抗滑性能检测综合装置及检测方法
技术领域
本发明属于交通运输工程中公路工程技术领域，具体涉及一种路面表面构造分布及抗滑性能检测综合装置及检测方法。
背景技术
路面表面构造是路面功能性实现的主要影响因素，直接影响行车的安全性和舒适性，在理想状态下路面表面构造应分布均匀且提供足够的抗滑能力，然而在实际工程建设当中受路面材料、施工机械、周围环境等影响，避免不了出现路面表面构造分布不均、抗滑能力不足的情况。
现阶段针对路面表面构造和抗滑能力的检测常规方法有铺砂法、横向力系数测试、摆式仪摩擦系数测试、动态旋转摩擦系数测试等，通常为概率抽样测试，容易出现坏点遗漏、检测结果不准确等现象，并且需要较多的人工辅助操作，造成较大的人力、物力投入，无法及时、全面了解公路路面表面构造的分布和抗滑性能情况，工作效率较低。现有技术在实时监控和全面覆盖了解方面还存在一定的不足，无法实时开展路面质量控制和全面评价路面表面功能的优劣，因此需要研发新型路面表面构造分布及抗滑性能检测综合装置，弥补现有技术的不足之处。
发明内容
本发明主要用于解决现有检测手段无法及时、全面了解路面表面构造分布及抗滑性能的技术问题。本发明研发了一种路面表面构造分布及抗滑性能检测综合装置，主要包括路面表面图像采集系统和图像处理系统两大部分。本发明利用数字图像处理、高精度图像采集、无线高速传输、空对地摄像等技术，将实时采集的路面表面图像经过无线传输技术传送到图像处理器上，采用数字图像处理技术进行路面表面构造图像处理，通过处理得出相应的处理图像和数据，用于表征路面表面构造的分布均匀程度以及预测路面表面的抗滑性能，可以为新建公路、旧路改造、公路路面养护等工程提供及时、覆盖全部路面宽度的图像检测结果数据，保证公路路面的整体质量，实现路面表面设计的功能性，提高车辆行驶的安全性和舒适性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种路面表面构造分布及抗滑性能检测综合装置，包括路面表面图像采集系统和路面表面图像处理系统；所述的路面表面图像采集系统包括通过伸缩连接件相连的图像采集仪和内置供电电源的控制箱；
控制箱用于控制图像采集仪的工作；
所述的控制箱底部设有万向车轮；
图像采集仪与控制箱内的供电电源通过电源线相连；
图像采集仪还与控制箱通过数据传输线相连，进行数据传输；
控制箱上设置有用于控制路面表面图像采集系统开启和关闭的电源开关按钮；
控制箱上还设有第一触摸显示屏，第一触摸显示屏用于显示图像采集仪采集到的数据，还用于设置图像采集仪的工作参数；
图像采集仪内设有无线信号传输器；
所述的路面表面图像处理系统包括相互连接的无线信号收发装置和内置供电电源的图像处理器；
无线信号传输器与无线信号收发装置相连；
图像处理器上设有第二触摸显示屏，第二触摸显示屏用于显示图像采集仪采集到的图像及经过图像处理器处理的结果；
图像处理器上还设有用于控制图像处理器开启和关闭的处理器开关按钮；
图像处理器用于处理图像采集仪采集到的图像，得出路面表面构造图像、路面表面构造分布的均匀程度分析结果和路面表面抗滑性能分析结果。
进一步，优选的是，所述的伸缩连接件包括斜向伸缩杆、竖向伸缩杆和水平伸缩杆，且斜向伸缩杆、竖向伸缩杆和水平伸缩杆均通过旋转和固定连接器顺序串联连接成三角形；与斜向伸缩杆相连的两个旋转和固定连接器分别固定在图像采集仪、控制箱上。
进一步，优选的是，所述的万向车轮上设有刹车装置，刹车装置与控制箱相连，控制箱用于控制刹车装置的工作。
进一步，优选的是，控制箱上还设有为人工拍摄按钮、自动拍摄按钮和紧急停止按钮。
进一步，优选的是，图像采集仪内包括图像拍摄装置、定位系统和存储装置，图像拍摄装置用于拍摄路面表面图像；定位系统用于获取拍摄图像的坐标；存储装置用于将拍摄的图像存储下来。
进一步，优选的是，控制箱和图像处理器上均设有输入接口、输出接口和外接电源插口；控制箱上的外接电源插口与控制箱内的供电电源相连；图像处理器的外接电源插口与图像处理器内的供电电源相连；
图像处理器上还设有趋势图按钮、均匀度分布按钮和抗滑性能预测按钮；趋势图按钮用于控制图像处理器处理得出路面表面构造图像；均匀度分布按钮用于控制图像处理器处理得出路面表面构造分布的均匀程度分析结果；抗滑性能预测按钮用于控制图像处理器处理得出路面表面抗滑性能分析结果。
一种路面表面构造分布及抗滑性能的检测方法，基于上述路面表面构造分布及抗滑性能检测综合装置，其特征在于，将路面表面图像采集系统移至待测路面上，通过伸缩连接件调整图像采集仪的角度，打开电源开关按钮和处理器开关按钮，对待测路面上进行图像拍摄，拍摄得到的图像通过数据传输线传输至控制箱中，同时拍摄得到的图像依次通过无线信号传输器、无线信号收发装置传输至图像处理器中进行图像处理，得到路面表面构造图像、路面表面构造分布的均匀程度分析结果和路面表面抗滑性能分析结果。
进一步，优选的是，所述的路面表面构造图像包括三维立体图、等高线图和色彩分布图；
图像处理器对拍摄得到的图像进行灰度处理，将图像转化为由0-255共256个整数灰度级的黑白图像，读取图像像素尺寸和图像灰度值建立三维立体图，并将图像中相同灰度值的像素点连接成线，形成图像的灰度值等高线图，再将图像中灰度值等高线包围的面积填充不同的颜色形成色彩分布图。
进一步，优选的是，图像处理器对拍摄得到的图像进行灰度处理后，再对图像进行二值化处理，即灰度值只有0和255，二值化后图像像素矩阵用只有0和1的数字表示，1表示路面表面构造凸起点，0表示路面表面凹下点，设二值化后图像像素矩阵为A，读取A矩阵中1的个数为m，0的个数为n，求得路面表面构造凸起点的个数占总个数的比例为：
L=m/(m+n) 式（Ⅰ）；
然后将图像四等分，按照式（Ⅰ）分别求出四个四分之一面积内路面表面凸点个数占相应面积内总个数的比例，分别称为L1、L2、L3、L4，计算凸点分布绝对偏差为：
S=(|L-L1|+|L-L2|+|L-L3|+|L-L4|)/0.5 式（Ⅱ）；
当0.4≤L≤0.6时，判定路面表面构造分布相对均匀；当L＞0.6或L＜0.4时，则直接判定路面表面构造分布不均匀；
当L在[0.4，0.6]范围内时，采用绝对偏差来判断路面表面构造的均匀程度，即当0≤S≤0.1时，判定为路面表面构造分布均匀度较好；当0.1＜S≤0.5时，判定为路面表面构造分布均匀度一般；当S＞0.5时，判定路面表面构造分布均匀度较差。
进一步，优选的是，图像处理器对拍摄得到的图像进行灰度处理后，再对图像进行二值化处理，即灰度值只有0和255，二值化后图像像素矩阵用只有0和1的数字表示，1表示路面表面构造凸起点，0表示路面表面凹下点，设二值化后图像像素矩阵为A，读取A矩阵中1的个数为m，0的个数为n，求得路面表面构造凸起点的个数占总个数的比例为：
L=m/(m+n) 式（Ⅰ）；
求得路面表面构造凹下点的个数占总个数的比例为：
L’=n/(m+n) 式（Ⅲ）；
然后将图像四等分，按照式（Ⅰ）分别求出四个四分之一面积内路面表面凸点个数点总个数的比例，分别称为L1、L2、L3、L4，计算凸点分布绝对偏差为：
S=(|L-L1|+|L-L2|+|L-L3|+|L-L4|)/0.5 式（Ⅱ）；
设x=n/(m+n)表征路面构造深度相对值，y=m/(m+n)表征路面表面凸点个数相对值，z=S表征路面表面凸点分布均匀度相对值，f表示路面表面抗滑性能系数，则有：
f=a*x+b*y+c*z 式（Ⅳ）；
其中，a为构造深度影响系数，取值范围为0.2-0.4；b为凸点个数影响系数，取值范围为0.4-0.6；c为凸点分布均匀度影响系数，取值范围为0.1-0.3；当0.4≤x≤0.6或0.4≤y≤0.6时，a、b、c均取中值，当x＞0.6或y＞0.6时，a、b、c均取中值均取最小值，当x＜0.4或y＜0.4时，a、b、c均取中值均取最大值；a、b、c均为经验值，可根据实际情况适当调整；
当0≤f≤0.2时，判定为路面表面抗滑性能较差；当0.2＜f≤0.8时，判断为路面表面抗滑性能一般；当f＞0.8时，判定为路面表面抗滑性能较好。
在理想状态下，A矩阵中的凸点个数和凹点个数相等，即L=0.5，表示路面表面构造分布绝对均匀，但是在实际工程中一般不会特别精确得出该结果，因此根据经验规定，当0.4≤L≤0.6时，认定为路面表面构造分布相对均匀；L过大或者过小均表示路面表面构造分布不均匀。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
本发明解决现有检测手段无法及时、全面了解路面表面构造分布及抗滑性能的技术问题，该发明可以对路面表面构造图像进行实时采集，并将摄取的图像实时传送到图像处理器上，通过数字图像处理技术得出路面表面构造的分布均匀程度，以及预测路面表面的抗滑性能，与现有技术相比，工作效率提高至少2倍以上，并且可以得出覆盖100%路面的表面构造分布情况和抗滑性能，弥补抽样检测的不足之处，可以为新建公路、旧路改造、公路路面养护等工程提供及时、覆盖全部路面的图像检测结果数据，保证公路路面的整体质量，实现路面表面设计的功能性，提高车辆行驶的安全性和舒适性。
附图说明
图1为路面表面图像采集系统的结构示意图；
图2为路面表面图像处理系统的结构示意图；
图3为图像采集仪拍摄得到的图像；
图4为图像处理器处理图3得到的三维立体图；
图5为图像处理器处理图3得到的等高线图；
图6为图像处理器处理图3得到的色彩分布图；
其中，1、图像采集仪；2、旋转和固定连接器；3、斜向伸缩杆；4、竖向伸缩杆；5、水平伸缩杆；6、控制箱；7、万向车轮；8、第一触摸显示屏；9、电源线；10、数据传输线；11、电源开关按钮；12、人工拍摄按钮；13、自动拍摄按钮；14、紧急停止按钮；15、输入接口；16、输出接口；17、外接电源插口；18、图像处理器；19、无线信号收发装置；20、处理器开关按钮；21、趋势图按钮；22、均匀度分布按钮；23、抗滑性能预测按钮；24、无线信号传输器；25、供电电源；26、第二触摸显示屏；27、图像拍摄装置；28、定位系统；29、存储装置。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中涉及到的相关结构及其实现的功能是在改进后的硬件及其构成的装置、器件或系统上搭载现有技术中常规的计算机软件程序或有关协议就可实现，并非是对现有技术中的计算机软件程序或有关协议进行改进。例如，改进后的计算机硬件系统依然可以通过装载现有的软件操作系统来实现该硬件系统的特定功能。因此，可以理解的是，本发明的创新之处在于对现有技术中硬件的改进及其连接组合关系，而非仅仅是对硬件模块中为实现有关功能而搭载的软件或协议的改进。
本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中提到的相关结构是用于执行本申请中所述操作、方法、流程中的步骤、措施、方案中的一项或多项的硬件设备。所述硬件设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以采用通用计算机中的已知设备或已知的其他硬件设备。所述通用计算机有存储在其内的程序选择性地激活或重构。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
如图1~2所示，一种路面表面构造分布及抗滑性能检测综合装置，包括路面表面图像采集系统和路面表面图像处理系统；所述的路面表面图像采集系统包括通过伸缩连接件相连的图像采集仪1和内置供电电源25的控制箱6；
控制箱6用于控制图像采集仪1的工作；
所述的控制箱6底部设有万向车轮7；
图像采集仪1与控制箱6内的供电电源25通过电源线9相连；
图像采集仪1还与控制箱6通过数据传输线10相连，进行数据传输；
控制箱6上设置有用于控制路面表面图像采集系统开启和关闭的电源开关按钮11；
控制箱6上还设有第一触摸显示屏8，第一触摸显示屏8用于显示图像采集仪1采集到的数据，还用于设置图像采集仪1的工作参数；
图像采集仪1内设有无线信号传输器24；
所述的路面表面图像处理系统包括相互连接的无线信号收发装置19和内置供电电源25的图像处理器18；
无线信号传输器24与无线信号收发装置19相连；
图像处理器18上设有第二触摸显示屏26，第二触摸显示屏26用于显示图像采集仪1采集到的图像及经过图像处理器18处理的结果；
图像处理器18上还设有用于控制图像处理器18开启和关闭的处理器开关按钮20；
图像处理器18用于处理图像采集仪1采集到的图像，得出路面表面构造图像、路面表面构造分布的均匀程度分析结果和路面表面抗滑性能分析结果。
所述的伸缩连接件包括斜向伸缩杆3、竖向伸缩杆4和水平伸缩杆5，且斜向伸缩杆3、竖向伸缩杆4和水平伸缩杆5均通过旋转和固定连接器2顺序串联连接成三角形；与斜向伸缩杆3相连的两个旋转和固定连接器2分别固定在图像采集仪1、控制箱6上。
所述的万向车轮7上设有刹车装置，刹车装置与控制箱6相连，控制箱6用于控制刹车装置的工作。
控制箱6上还设有为人工拍摄按钮12、自动拍摄按钮13和紧急停止按钮14。
图像采集仪1内包括图像拍摄装置27、定位系统28和存储装置29，图像拍摄装置27用于拍摄路面表面图像；定位系统28用于获取拍摄图像的坐标；存储装置29用于将拍摄的图像存储下来。
控制箱6和图像处理器18上均设有输入接口15、输出接口16和外接电源插口17；控制箱6上的外接电源插口17与控制箱6内的供电电源25相连；图像处理器18的外接电源插口17与图像处理器18内的供电电源25相连；
图像处理器18上还设有趋势图按钮21、均匀度分布按钮22和抗滑性能预测按钮23；趋势图按钮21用于控制图像处理器18处理得出路面表面构造图像；均匀度分布按钮22用于控制图像处理器18处理得出路面表面构造分布的均匀程度分析结果；抗滑性能预测按钮23用于控制图像处理器18处理得出路面表面抗滑性能分析结果。
本发明中图像采集仪1主要由图像拍摄装置27、定位系统28、无线信号传输器24、存储装置29等部件构成，其底部有圆形开口，供图像拍摄装置27拍摄路面表面图像，图像拍摄装置27可以通过各伸缩杆进行高度调节，同时自身也可以进行变焦以适应拍摄图像的需求；定位系统28可以获取拍摄图像的坐标；无线信号传输器24可以通过无线传输将图像传输到图像处理器18上进行数字图像处理；存储装置29可以将拍摄的图像存储下来。
旋转和固定连接器2由可以实现连接部件的任意方向的旋转，并且待旋转好角度后可以固定连接部件，同时具有方便拆卸和安装的功能；无线信号收发装置19可通过旋转和固定连接器2可拆卸连接在图像处理器18上。
斜向伸缩杆3具有伸缩功能，可根据拍摄需要调节斜向伸缩杆的长度，并具有足够的强度和刚度支撑连接部件。
竖向伸缩杆4具有足够的强度和刚度，保持竖向垂直不发生形变，并具有伸缩功能，可根据拍摄图像的需求调节竖向伸缩杆的长度。
水平伸缩杆5具有足够的强度和刚度，能保持水平不发生形变，并且具有伸缩功能，可根据需求调节水平伸缩杆的长度。
控制箱6内置供电电源25，可提供设备所需用电，控制箱6控制图像采集仪1进行图像拍摄，同时可通过外接电源插口17外接电源，提供控制箱6、图像采集仪1等相关设备所需电量。
万向车轮7可提供设备在平面上行走和360度旋转，并带有刹车装置，可以在平面上固定设备。
第一触摸显示屏8具有数据图像显示功能，同时可以在触摸显示屏上进行相关参数的设置。
电源线9连接控制箱6和图像采集仪1，为图像采集仪提供所需用电。
数据传输线10连接控制箱6和图像采集仪1，可以实现两部件之间的数据传输功能。
电源开关按钮11可以开启和关闭控制箱6内的电源。
人工拍摄按钮12可以人工操作进行图像拍摄，单点一次图像拍摄，长按该按钮可以进行连续拍摄。
自动拍摄按钮13通过第一触摸显示屏8设置好的拍摄的频率，进行自动拍摄，同时可以通过第一触摸显示屏8输入预先设置好的路线图，按照路线图进行连续或间隔拍摄。
紧急停止按钮14可以同时启动万向车轮7的刹车功能、关闭路面表面图像采集系统及保存采集到的图像等相关数据，防止在紧急情况下出现设备破坏和数据丢失的情况。
控制箱6上的输入接口15可以将外界规划路线等数据传输到控制箱6内，进行相关数据的设置应用。
控制箱6上的输出接口16可以将内部拍摄的图像、定位坐标等数据传输到外界存储设备中进行相应的处理。
图像处理器18上的输入接口15可以在当无线传输不起作用时，将拍摄得到的图像通过输入接口15传入至图像处理器18中；
图像处理器18上的输出接口16可以将处理得到的结果等数据传输到外界存储设备中进行相应的处理。
外接电源插口17可以连接外接电源，为设备提供用电需求，同时可以为设备内置电池提供充电功能，即控制箱6上的外接电源插口17与控制箱6内的供电电源25相连；图像处理器18的外接电源插口17与图像处理器18内的供电电源25相连。
图像处理器18内置电池，也可以连接外接电源，主要功能是对采集到的图像进行处理，得到路面表面构造图像、路面表面构造分布的均匀程度分析结果和路面表面抗滑性能分析结果。图像处理器18可以通过无线信号收发装置19实时接收采集到的图像信息，同时也可以通过有线连接接收图像信息。
无线信号收发装置19可以接收和发送无线信号，用于路面表面图像采集系统与路面表面图像处理系统之间的数据传输。
处理器开关按钮20可以开启和关闭图像处理器18。
趋势图按钮21用于控制图像处理器18进行图像处理，得出路面表面构造图像的三维立体图、等高线图和色彩分布图等信息。
均匀度分布按钮22用于控制图像处理器18进行图像处理，得出路面表面构造分布的均匀程度分析结果。
抗滑性能预测按钮23用于控制图像处理器18进行图像处理，处理得出路面表面抗滑性能分析结果。
第二触摸显示屏26用于显示图像采集仪1采集到的图像及经过图像处理器18处理的结果。
本发明装置的具体实施方法为：
在图像采集阶段，将控制箱6移至待测路面上，启动万向车轮7的刹车装置，将控制箱6固定安全，将图像采集仪1通过斜向伸缩杆3、竖向伸缩杆4、水平伸缩杆5固定在一定位置，通过调节旋转和固定连接器2使得图像采集仪1内拍摄装置垂直于待测路面表面，设置完毕后通过旋转和固定连接器2固定图像采集仪1、斜向伸缩杆3、竖向伸缩杆4、水平伸缩杆5的位置，使其位置固定，在拍摄过程中不发生位置变形。打开电源开关按钮11，关闭万向车轮7的刹车装置，按照设计的路线和间隔在待测路面上进行图像拍摄，按动人工拍摄按钮12进行人工操作拍摄，按动自动拍摄按钮13进行自动规划路线和频率拍摄，按动自动拍摄按钮13后，可以在第一触摸显示屏8上进行拍摄频率、拍摄距离间隔、拍摄数量等相关参数的设置，也可以直接调用通过输入接口15传输的路线等信息进行拍摄。拍摄的路面表面图片可以存储在图像采集仪1的存储装置29内，也可以通过图像采集仪1的无线信号传输器24实时将采集到的图像传输到图像处理器18内进行处理，同时也可以通过输出接口16通过有线连接将图像采集仪1摄取的图像传输到图像处理器18内进行处理。当遇到紧急情况时，可以按下紧急停止按钮14，启动万向车轮7的刹车装置，并停止设备程序运行，从而保护设备使用安全。当设备内部电池电量不足时，在触摸显示屏8上可以提示电量不足，并可以通过外接电源插口17接通外部电源继续工作。
在图像处理阶段，首先将无线信号收发装置19通过旋转和固定连接器2安装好角度并固定牢固，打开处理器开关按钮20，图像处理器18可以通过无线信号收发装置19实时接收图像采集仪1摄取的路面表面图像进行处理，同时也可以通过输出接口16和输入接口15通过有线连接获取图像进行处理。按下趋势图按钮21，在第二触摸显示屏26上将显示经过处理得出的路面表面构造三维立体图、等高线图和色彩分布图信息，可以通过第二触摸显示屏26移动和缩放图像。按下均匀度分布按钮22，在第二触摸显示屏26上显示处理得出的均匀程度分析结果。按下抗滑性能预测按钮23，在第二触摸显示屏26上显示计算得出的路面表面抗滑性能分析结果。当图像处理器18内部电池电量不足时，在第二触摸显示屏26上提示电量不足，并可以通过外接电源插口17接通外部电源继续工作。
现结合示例具体说明图像处理器的工作原理。
趋势图按钮21的工作原理是读取采集到的路面表面构造图像，对图像进行灰度处理，将图像转化为由0-255共256个整数灰度级的黑白图像，读取图像像素尺寸和图像灰度值建立三维立体图，并将图像中相同灰度值的像素点连接成线，形成图像的灰度值等高线图，再将图像中灰度值等高线包围的面积填充不同的颜色形成色彩分布图，由于路面表面存在的构造深浅不一，凸起部分灰度值较大（亮度较大），凹下部分灰度值较小（亮度较小），因此由图像灰度值形成的三维立体图、等高线图和色彩分布图能反映路面表面构造的分布均匀趋势。拍摄图片如图3所示，趋势图按钮21运行得到的三维立体图、等高线图、色彩分布图分别如图4、5、6所示。从处理结果分析得出颜色从蓝到红分别代表灰度值从0到255，灰度值越大表示路面表面构造凸起，灰度值越小表示路面表面构造凹下，颜色分布均匀表示路面表面构造分布均匀程度越好。
均匀度分布按钮22是用数学运算结果表征路面表面构造的分布均匀程度，即用具体数值表征均匀度，其工作原理为读取采集到的路面表面构造图像，对图像进行灰度处理后，再对图像进行二值化处理，即将具有256个灰度级的灰度图像转化为只有两个级别的黑白图像，即灰度值只有0和255，二值化后图像像素矩阵用只有“0”和“1”的数字表示，“1”表示路面表面构造凸起点，“0”表示路面表面凹下点，设二值化后图像像素矩阵为A，读取A矩阵中“1”的个数为m，“0”的个数为n，求得路面表面构造凸起点的个数占总个数的比例为：
L=m/(m+n) 式（Ⅰ）；
然后将图像四等分，按照上述方法分别求出四个四分之一面积内路面表面凸点个数点总个数的比例，分别称为L1、L2、L3、L4，计算凸点分布绝对偏差为：
S=(|L-L1|+|L-L2|+|L-L3|+|L-L4|)/0.5 式（Ⅱ）；
在理想状态下，A矩阵中的凸点个数和凹点个数相等，即L=0.5，表示路面表面构造分布绝对均匀，但是在实际工程中一般不会特别精确得出该结果，因此根据经验规定，当0.4≤L≤0.6时，认定为路面表面构造分布相对均匀；L过大或者过小均表示路面表面构造分布不均匀，因此根据经验规定，当L＞0.6或L＜0.4时，认定为路面表面构造分布不均匀。
当L在[0.4，0.6]范围内时，采用绝对偏差来判断路面表面构造的均匀程度，即当0≤S≤0.1时，判定为路面表面构造分布均匀度较好；当0.1＜S≤0.5时，判定为路面表面构造分布均匀度一般；当S＞0.5时，判定路面表面构造分布均匀度较差。本发明评判标准是根据经验值确定的，可以根据实际情况适当调整。
采用均匀度分布按钮22对图3进行处理，得出结果在第二触摸显示屏26上显示为：L=0.7205，S=0.3419，路面表面构造分布不均匀。
抗滑性能预测按钮23工作原理为通过读取采集的路面表面构造深度图像，依次对图像进行灰度处理和二值化处理，即灰度值只有0和255，二值化后图像像素矩阵用只有0和1的数字表示，1表示路面表面构造凸起点，0表示路面表面凹下点，设二值化后图像像素矩阵为A，读取A矩阵中1的个数为m，0的个数为n，求得路面表面构造凸起点的个数占总个数的比例为：
L=m/(m+n) 式（Ⅰ）；
求得路面表面构造凹下点的个数占总个数的比例为：
L’=n/(m+n) 式（Ⅲ）；
然后将图像四等分，按照式（Ⅰ）分别求出四个四分之一面积内路面表面凸点个数点总个数的比例，分别称为L1、L2、L3、L4，计算凸点分布绝对偏差为：
S=(|L-L1|+|L-L2|+|L-L3|+|L-L4|)/0.5 式（Ⅱ）
根据路面表面抗滑性能有路面表面构造深度、凸点个数及凸点分布均匀度三个主要因素共同影响的原理，采用x=n/(m+n)表征路面构造深度相对值，y=m/(m+n)表征路面表面凸点个数相对值，z=S表征路面表面凸点分布均匀度相对值，f表示路面表面抗滑性能系数，则有：
f=a*x+b*y+c*z 式（Ⅳ）；
其中a为构造深度影响系数，取值范围为0.2-0.4；b为凸点个数影响系数，取值范围为0.4-0.6；c为凸点分布均匀度影响系数，取值范围为0.1-0.3。当0.4≤x≤0.6或0.4≤y≤0.6时，各个影响系数取中值，当x＞0.6或y＞0.6时，各个影响系数区低值，当x＜0.4或y＜0.4时，各个影响系数取高值。
各个影响系数取值为经验值，有待大量实际工程的验证，在没有特殊要求情况下可以取中值。
当0≤f≤0.2时，判定为路面表面抗滑性能较差；当0.2＜f≤0.8时，判断为路面表面抗滑性能一般；当f＞0.8时，判定为路面表面抗滑性能较好。本发明评判标准是根据经验值确定的。
采用抗滑性能预测按钮23对图3进行处理，得出结果在触摸显示屏上显示为：f=0.3956，路面表面抗滑性能一般。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种路面表面构造分布及抗滑性能的检测方法，其特征在于，采用路面表面构造分布及抗滑性能检测综合装置，所述的路面表面构造分布及抗滑性能检测综合装置包括路面表面图像采集系统和路面表面图像处理系统；所述的路面表面图像采集系统包括通过伸缩连接件相连的图像采集仪和内置供电电源的控制箱；
控制箱用于控制图像采集仪的工作；
所述的控制箱底部设有万向车轮；
图像采集仪与控制箱内的供电电源通过电源线相连；
图像采集仪还与控制箱通过数据传输线相连，进行数据传输；
控制箱上设置有用于控制路面表面图像采集系统开启和关闭的电源开关按钮；
控制箱上还设有第一触摸显示屏，第一触摸显示屏用于显示图像采集仪采集到的数据，还用于设置图像采集仪的工作参数；
图像采集仪内设有无线信号传输器；
所述的路面表面图像处理系统包括相互连接的无线信号收发装置和内置供电电源的图像处理器；
无线信号传输器与无线信号收发装置相连；
图像处理器上设有第二触摸显示屏，第二触摸显示屏用于显示图像采集仪采集到的图像及经过图像处理器处理的结果；
图像处理器上还设有用于控制图像处理器开启和关闭的处理器开关按钮；
图像处理器用于处理图像采集仪采集到的图像，得出路面表面构造图像、路面表面构造分布的均匀程度分析结果和路面表面抗滑性能分析结果；
所述的路面表面构造分布及抗滑性能的检测方法，包括如下步骤：
将路面表面图像采集系统移至待测路面上，通过伸缩连接件调整图像采集仪的角度，打开电源开关按钮和处理器开关按钮，对待测路面上进行图像拍摄，拍摄得到的图像通过数据传输线传输至控制箱中，同时拍摄得到的图像依次通过无线信号传输器、无线信号收发装置传输至图像处理器中进行图像处理，得到路面表面构造图像、路面表面构造分布的均匀程度分析结果和路面表面抗滑性能分析结果；
所述的路面表面构造图像包括三维立体图、等高线图和色彩分布图；
图像处理器对拍摄得到的图像进行灰度处理，将图像转化为由0-255共256个整数灰度级的黑白图像，读取图像像素尺寸和图像灰度值建立三维立体图，并将图像中相同灰度值的像素点连接成线，形成图像的灰度值等高线图，再将图像中灰度值等高线包围的面积填充不同的颜色形成色彩分布图；
图像处理器对拍摄得到的图像进行灰度处理后，再对图像进行二值化处理，即灰度值只有0和255，二值化后图像像素矩阵用只有0和1的数字表示，1表示路面表面构造凸起点，0表示路面表面凹下点，设二值化后图像像素矩阵为A，读取A矩阵中1的个数为m，0的个数为n，求得路面表面构造凸起点的个数占总个数的比例为：
L＝m/(m+n)式(Ⅰ)；
然后将图像四等分，按照式(Ⅰ)分别求出四个四分之一面积内路面表面凸点个数占相应面积内总个数的比例，分别称为L1、L2、L3、L4，计算凸点分布绝对偏差为：
S＝(|L-L1|+|L-L2|+|L-L3|+|L-L4|)/0.5式(Ⅱ)；
当0.4≤L≤0.6时，判定路面表面构造分布相对均匀；当L＞0.6或L＜0.4时，则直接判定路面表面构造分布不均匀；
当L在[0.4，0.6]范围内时，采用绝对偏差来判断路面表面构造的均匀程度，即当0≤S≤0.1时，判定为路面表面构造分布均匀度较好；当0.1＜S≤0.5时，判定为路面表面构造分布均匀度一般；当S＞0.5时，判定路面表面构造分布均匀度较差；
图像处理器对拍摄得到的图像进行灰度处理后，再对图像进行二值化处理，即灰度值只有0和255，二值化后图像像素矩阵用只有0和1的数字表示，1表示路面表面构造凸起点，0表示路面表面凹下点，设二值化后图像像素矩阵为A，读取A矩阵中1的个数为m，0的个数为n，求得路面表面构造凸起点的个数占总个数的比例为：
L＝m/(m+n)式(Ⅰ)；
然后将图像四等分，按照式(Ⅰ)分别求出四个四分之一面积内路面表面凸点个数点总个数的比例，分别称为L1、L2、L3、L4，计算凸点分布绝对偏差为：
S＝(|L-L1|+|L-L2|+|L-L3|+|L-L4|)/0.5式(Ⅱ)；
设x＝n/(m+n)表征路面构造深度相对值，y＝m/(m+n)表征路面表面凸点个数相对值，z＝S表征路面表面凸点分布均匀度相对值，f表示路面表面抗滑性能系数，则有：
f＝a*x+b*y+c*z式(Ⅳ)；
其中，a为构造深度影响系数，取值范围为0.2-0.4；b为凸点个数影响系数，取值范围为0.4-0.6；c为凸点分布均匀度影响系数，取值范围为0.1-0.3；当0.4≤x≤0.6或0.4≤y≤0.6时，a、b、c均取中值，当x＞0.6或y＞0.6时，a、b、c均取最小值，当x＜0.4或y＜0.4时，a、b、c均取最大值；
当0≤f≤0.2时，判定为路面表面抗滑性能较差；当0.2＜f≤0.8时，判断为路面表面抗滑性能一般；当f＞0.8时，判定为路面表面抗滑性能较好。
2.根据权利要求1所述的路面表面构造分布及抗滑性能的检测方法，其特征在于，所述的伸缩连接件包括斜向伸缩杆、竖向伸缩杆和水平伸缩杆，且斜向伸缩杆、竖向伸缩杆和水平伸缩杆均通过旋转和固定连接器顺序串联连接成三角形；与斜向伸缩杆相连的两个旋转和固定连接器分别固定在图像采集仪、控制箱上。
3.根据权利要求1所述的路面表面构造分布及抗滑性能的检测方法，其特征在于，所述的万向车轮上设有刹车装置，刹车装置与控制箱相连，控制箱用于控制刹车装置的工作。
4.根据权利要求3所述的路面表面构造分布及抗滑性能的检测方法，其特征在于，控制箱上还设有人工拍摄按钮、自动拍摄按钮和紧急停止按钮。
5.根据权利要求1所述的路面表面构造分布及抗滑性能的检测方法，其特征在于，图像采集仪内包括图像拍摄装置、定位系统和存储装置，图像拍摄装置用于拍摄路面表面图像；定位系统用于获取拍摄图像的坐标；存储装置用于将拍摄的图像存储下来。
6.根据权利要求1所述的路面表面构造分布及抗滑性能的检测方法，其特征在于，控制箱和图像处理器上均设有输入接口、输出接口和外接电源插口；控制箱上的外接电源插口与控制箱内的供电电源相连；图像处理器的外接电源插口与图像处理器内的供电电源相连；
图像处理器上还设有趋势图按钮、均匀度分布按钮和抗滑性能预测按钮；趋势图按钮用于控制图像处理器处理得出路面表面构造图像；均匀度分布按钮用于控制图像处理器处理得出路面表面构造分布的均匀程度分析结果；抗滑性能预测按钮用于控制图像处理器处理得出路面表面抗滑性能分析结果。
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