CN108517746B - 移动式护栏智能巡检平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动式护栏智能巡检平台，包括巡检平台本体和远程控制系统，所述巡检平台本体包括移动机构、外壳、安装于所述外壳上的护栏立柱埋深检测单元、公路图像采集单元、数据处理单元和数据传输单元，所述护栏立柱埋深检测单元包括检测探头和探头定位装置，所述数据处理单元将所述公路图像采集单元采集的路面及路侧边坡的图像信息进行处理分析，分析结果由所述数据传输单元通过无线通讯网络传送至所述远程控制系统。本发明提供的移动式智能巡检平台，以高速公路现有的波形钢护栏为轨道，可沿钢护栏自动实现前行、倒行、停止等运动状态，同时实现路况日常巡检和护栏全线检测的全自动作业。

Description

移动式护栏智能巡检平台

技术领域

本申请属于高速公路路况日常巡检领域，具体但不排他地，涉及一种移动式护栏智能巡检平台。

背景技术

高速公路巡检工作是保护公路安全、服务公众出行的重要手段。通过巡检，对公路情况进行实时全面的了解，以便及时发现和处理问题。日常巡检的工作内容主要包括：高速公路全面路容路貌的巡检、路基巡检以及沿线设施巡检等。

路容路貌巡检主要是巡检路面有无影响交通安全的堆积物、抛撒物、油污、积水、积雪等；路面是否有新出现影响交通安全的坑槽、拥包、桥头跳车等明显病害；路基巡检主要是巡检路基稳定性，边坡水毁情况，路肩是否有杂物堆积，排水设施是否齐全畅通等；沿线设施巡检主要是检查护栏等防护设施有无缺少损坏，护栏立柱埋深是否达到要求，以及各种交通标志标线有无残缺、变形，里程桩、百米桩、轮廓标、防撞桶等设施有无缺损、褪色、剥落和污染等情况。其中，由于护栏立柱埋深属于隐蔽工程，所以其质量检测难度较大。

在路面和路基的检测方面，我国不少地方仍主要依靠人工目测和手工丈量等传统方式。这种人工采集方式不仅检测手段落后、效率低下，而且还无法保证检测的及时性和准确性，以及无法满足公路养护科学决策的基础数据需要。为此，国内外开发了多种日常养护巡查车，如国家养护工程研究中心开发的多功能路况快速巡查车(CRI S)，以巡查车数据采集、PDA数据采集、移动或固定视频信息采集、GPS数据采集和无线传输技术等为支撑，实现对区域路网内养护事件的快速监测、快速诊断和快速处置，大大减轻了日常养护巡查及管理工作量。然而，随着高速公路通车里程的日益增长，日常巡检工作量越来越大，采用日常养护巡查车的方式，需要耗费大量设备和人力成本，给养护部门带来巨大的经济和工作压力。

护栏检测方面，目前主要采用的方法分为有损检测和无损检测。有损检测是拔出法，即，将护栏立柱拔出测量埋深，这种方法费工费力，仅能进行抽检，不能做到逐一检查，而且还会破坏路基完整性。无损检测包括电磁感应法、超声波法、弹性波法等。四川升拓检测技术有限责任公司基于弹性波的检测方法，开发了一款“钢质护栏立柱埋深冲击弹性波检测仪”。其采用电磁激荡的方式诱发冲击弹性波，通过安装在立柱顶部的激振器产生弹性波，利用弹性波在异种界面会发生反射的特性，在立柱侧部安装压电式传感器，采集反射波信号得到立柱底部的反射时刻，再通过标定所得的弹性波波速，推算出立柱的总长度，减去地面以上部分的长度得到埋深。但此设备价格昂贵，且需要人工在立柱上安装电磁激荡装置和传感器，工作效率低，操作平台为笔记本电脑，不够便携。

因此，传统的人工巡视、手工录入的巡检方式由于存在着费时费力、统计数据不准确、效率低下等缺陷。随着我国人工成本越来越高，以及公路养护工作的精细化发展需求，传统的人工巡检从经济上和技术要求上都已不能满足社会发展的需求，而手持设备和大型巡检车又存在设备价格昂贵，经济性差、推广普及难的缺点。

发明内容

为了至少部分的解决上述已有技术存在的不足，本发明提供了一种移动式智能巡检平台，以高速公路现有的波形钢护栏为轨道，可沿钢护栏自动实现前行、倒行、停止等运动状态，同时实现路况日常巡检和护栏全线检测的全自动作业。

根据本发明的一方面，提供一种移动式护栏智能巡检平台，包括巡检平台本体和远程控制系统，所述巡检平台本体包括：移动机构、外壳、以及安装在外壳上的护栏立柱埋深检测单元、公路图像采集单元、数据处理单元和数据传输单元，

其中，所述移动机构包括安装于所述外壳上的上移动装置和下移动装置，所述护栏立柱埋深检测单元包括检测探头和探头定位装置，所述公路图像采集单元包括至少一个摄像头，所述数据处理单元将所述公路图像采集单元采集的路面及路侧边坡的图像信息进行处理分析，分析结果由所述数据传输单元通过无线通讯网络传送至所述远程控制系统。

在一些实施方式中，所述上移动装置可包括设置于所述外壳上的一对上移动轮组件，各上移动轮组件包括轮套、安装于所述轮套内的主动轮A、通过连接柄与所述轮套连接的从动轮B以及驱动所述主动轮A的电机，所述电机安装于所述外壳上。

在一些实施方式中，所述连接柄的两端可分别与所述轮套和所述从动轮B铰接，所述连接柄与所述轮套之间可设置有扭簧。

在一些实施方式中，所述移动式护栏智能巡检平台还可包括控制所述电机驱动所述主动轮A进行正传、反转运动和停止的自主运行导航系统。

在一些实施方式中，所述主动轮A可为直径160mm-200mm、槽深20mm-30mm的V形橡胶轮，所述从动轮B可为直径120mm-160mm、槽深20mm-30mm的V形橡胶轮。

在一些实施方式中，所述下移动装置可包括：安装于所述外壳的导轨；与所述导轨滑动连接的滑轨；与所述滑轨连接的T型连接件；以及沿厚度方向分别安装于所述T型连接件的两个相对面上的至少一对从动轮C。

在一些实施方式中，所述探头定位装置可包括探头定位构件A和探头定位构件B，两者配置成相互垂直的直线滑台组，所述探头定位构件A与所述外壳连接，所述检测探头安装于所述探头定位构件B上。

在一些实施方式中，所述公路图像采集单元可包括安装于所述外壳的顶板上的带云台的摄像头A、安装于所述外壳的侧板上的摄像头B以及安装于所述外壳的底板上的双目摄像头。

在一些实施方式中，所述远程控制系统可为安置在中控室内的远程控制端，或者手提式远程控制端。

在一些实施方式中，所述巡检平台本体可包括安装于所述外壳上的警示灯以及用于上传实时位置信息的GPS模块。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的移动式智能巡检平台采用集成式无损检测对高速公路护栏立柱埋深进行检测，采用机器视觉的方法对路面遗撒物进行识别检测、对路基水毁情况进行识别，通过视频回传的方式对其他公路巡检内容进行检测，可实现高效的自动化、智能化路面巡检，可代替人工驾驶巡检车上路巡检，经济性、安全性、数据可靠性大幅提升，系统综合性能好。

2、本发明集成多种检测传感器、视频图像设备于一体，可一次性实现公路路面、路基及防护设施的全面评估，检测效率大幅提升。

3、本发明以高速公路现有的波形护栏的护栏板为轨道，搭载各种检测设备移动运行，进行检测，不需要封闭交通，可随时进行监测，减少了巡检工作对道路通行性的影响。

4、本发明实现了检测数据的自动分析和融合，检测结果经过数据分析系统处理只上报异常情况，且可以实现高速公路的长期动态巡检检测，在此基础上可实现更有预见性的养护与维修工作。

5、本发明的移动机构针对我国高速公路通用的波形护栏板设计，可实现在双波护栏板和三波护栏板前行、倒行、停止等运动状态，可灵活高效的完成不同路段的高速公路巡检作业。

6、本发明采用基于超声波原理的护栏立柱埋深检测单元，检测效率高，且可以对巡检路段内的每一个立柱进行无损检测，准确性高。

7、本发明采用机器视觉的路面遗撒识别和路基水毁检测，检测效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明的巡检平台本体的一实施例的结构示意图。

图2是图1的仰视图。

图3是本发明的上移动轮组件的一实施例的结构示意图。

图4是本发明的下移动装置的一实施例的结构示意图，其中只示出一侧的导轨和滑轨。

图5是本发明的护栏立柱埋深检测单元的一实施例的结构示意图。

图6是本发明的护栏立柱埋深检测单元的检测探头的结构示意图。

图7是本发明的护栏立柱埋深检测单元的检测探头的基座外壳的结构示意图。

附图标记：

1-移动机构

11-上移动装置 111-轮套 112-主动轮A 113-扭簧 114-连接 柄115-从动轮B116-电机

12-下移动装置 121-T型连接件 122-从动轮C 123-滑轨 124-导轨

2-外壳

3-护栏立柱埋深检测单元

31-探头 311-基座外壳 312-盖板 313-U形块 314-螺杆 315-联轴器 316-步进电机 317-超声模块 318-磁铁 319-超声敏感元件 3110-压力传感器

32-探头定位装置 321-探头定位构件 322-探头定位构件

4-公路图像采集单元

41-摄像头 42-摄像头 43-双目摄像头

5-数据处理单元

6-数据传输单元

7-警示灯

8-防护栏 81-波形护栏板 82-护栏立柱 83-托架

9-GPS模块

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请的实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本申请。

如图1和图2所示，本发明的移动式护栏智能巡检平台包括巡检平台本体和远程控制系统，巡检平台本体包括移动机构1、外壳2、以及安装在外壳2上的护栏立柱埋深检测单元3、公路图像采集单元4、数据处理单元5和数据传输单元6。

移动机构1包括上移动装置11和下移动装置12。如图3所示，上移动装置11包括设置于外壳2上的一对上移动轮组件，各上移动轮组件包括轮套111和安装在轮套111内的主动轮A112，轮套111通过扭簧113与连接柄114铰接，连接柄114另一端连接有的从动轮B115，从动轮B115可增加上移动装置11与波形护栏板的接触面积，从而使巡检平台本体可以固定在护栏板上。电机116与主动轮A112连接，电机116与巡检平台本体的外壳2的侧板连接，从而将上移动装置11整体连接在外壳2上。特别地，外壳2的左右两侧侧板各装有一个上移动装置11。

特别地，移动式护栏智能巡检平台还包括控制电机116驱动主动轮A112进行正传、反转运动和停止的自主运行导航系统(未示出)，从而为巡检平台本体在波形护栏实现前行、倒行、停止的运动状态提供动力。

特别地，主动轮A112通常采用直径160mm-200mm的V形橡胶轮，槽深20mm-30mm；从动轮B115通常采用直径120mm-160mm的V形橡胶轮，槽深20mm-30mm。

如图4所示，下移动装置12包括沿厚度方向安装在T型连接件121上的四个从动轮C122，连接件121两侧各装有一个滑轨123(图中只示出一个)，滑轨123与导轨124滑动连接，导轨124连接在外壳2的两个侧板上。

我国高速公路最常见的防护栏8由波形护栏板81和护栏立柱82组成(如图2所示)，两者通过托架83连接。护栏立柱82埋置在公路土基中。移动式护栏智能巡检平台工作时，主动轮A112和从动轮B115的V形槽卡在波形护栏板81的上侧边缘，通过滑轨123与导轨124的相对滑动，可调整下移动装置12与上移动装置11之间的距离，从而适应双波护栏板或三波护栏板不同的尺寸，使下移动装置12的从动轮C122卡在波形护栏板81的下波峰处。由于高速公路防护栏是由护栏板拼接而成，在连接处有护栏板的重叠，巡检平台经过时可能引起机体震动。因此上移动装置11中安装有扭簧113，可吸收震动的能量，保证巡检平台本体与双波护栏板81紧密连接，平稳运行。

如图5所示，护栏立柱埋深检测单元3包括探头31和探头定位装置32两部分。探头定位装置32包括探头定位构件321和探头定位构件322。探头31整体安装在探头定位构件321上。探头定位构件321与探头定位构件322之间滑动连接，配置为相互垂直的直线滑台组，可控制探头31在竖直平面内的位置。探头定位构件322固定安装在外壳2的两个侧板上。

探头31包括基座外壳311、盖板312、U形块313、螺杆314、联轴器315、步进电机316、超声模块317、磁铁318、超声敏感元件319、压力传感器3110。远程控制系统连接超声模块317、超声敏感元件319、压力传感器3110和电机316，通过压力传感器3110的反馈数据控制电机316的启动和关闭，控制超声模块317发生超声波，接收超声敏感元件319的反射波，计算立柱埋深。

如图7所示，基座外壳311为由铝等防锈金属制成的壳体结构，用于连接探头31各部件，对其内部部件起到保护作用。所述基座外壳311的上表面和下表面开有贯通的两个可供U形块313的两臂穿过的条形通孔以及两个条形孔中间可供超声模块317通过的方形孔，方形孔周围加工四个螺纹孔。基座外壳311的下表面还安装有压力传感器3110，用于测量基座外壳311与待测护栏立柱顶部的接触压力。基座外壳311的上表面设置有四个螺纹孔，用于和盖板312固定连接。盖板312通过螺栓安装在基座外壳311的上表面。特别地，基座外壳311的下表面设计为向上弯曲的弧面，使在检测立柱埋深时能够更好的与待测护栏立柱上表面贴合。盖板312中部的圆柱形部分内侧加工有通孔，该通孔的直径与螺杆314配合，以便于螺杆314穿过。U形块313通过顶部螺纹孔与螺杆314螺纹连接。U形块313的U形两臂端部均安装有磁铁318，用于将U形块313吸附在待测护栏立柱的上表面。U形块313的两臂下表面与待测护栏立柱接触的部分设计为向上弯曲的弧面，用于与待测护栏立柱表面的良好接触。螺杆314通过联轴器315与步进电机316相连，螺杆314的长轴方向与步进电机316的旋转轴重合，步进电机316固定安装在探头定位构件321上。超声模块317用于产生超声波检测信号和接收待测护栏立柱反射的超声波。超声模块317的端部与待测护栏立柱接触的部分安装有超声敏感元件319，用于检测待测护栏立柱反射的超声波，并将其转化为数字信号，发送给远程控制系统。同样，超声模块317的下表面与待测护栏立柱接触的部分设计为向上弯曲的弧面。

探头31整体安装过程如下：基座外壳311的上表面预留的方形孔填入吸声材料，盖板312通过螺栓固定安装在基座外壳311上表面；U形块313通过基座外壳311上表面贯穿到下表面；螺杆314的一端通过联轴器315连接在步进电机316上，另一端首先将U形块313旋拧至螺杆314最顶端，然后螺杆314穿过盖板312上通孔到达基座外壳311内部，与超声模块317螺纹连接，并且保证超声模块317在进行探测前是位于基座外壳311内部空腔的且保证超声模块317的下表面与U形块313的下表面位于同一水平面内。整体达到的效果是，步进电机316带动螺杆314往复运动，由于步进电机316相对于基座外壳311是固定的，所以螺杆314可带动U形块313、超声模块317整体相对于基座外壳311上下运动。

优选地，基座外壳311深度40mm，U形块313高度70mm，超声模块317高度30mm，螺杆314长70mm。测量前，探头处于复位状态，U形块313下表面、超声模块317下表面与基座外壳311下表面重合，螺杆314插入基座外壳311上表面20mm，下端与超声模块317连接处长10mm。如前所述，步进电机316带动螺杆314旋转，可带动U形块313、超声模块317整体相对于基座外壳311上下运动，向下可运动至U形块313下表面和超声模块317下表面位于基座外壳311下表面20mm处，此位置为极限状态。通过螺杆314的正转和反转，装置可在复位状态和极限状态范围内上下运动。

特别地，螺杆314为长度20mm-35mm，直径为M6-M10，外表面有螺纹的圆柱形金属构件。

特别地，U形块313下表面、超声模块317、基座外壳311下表面均设计为向上弯曲的弧面，曲率半径为55mm-65mm。

应用本发明提供的适用于护栏移动巡检平台的智能立柱埋深探头进行待测护栏立柱埋深测量，具体如下：

第一步，探头定位构件321和探头定位构件322控制探头31移动至测量位置。所述的测量位置是指螺杆314的长轴与圆柱形护栏立柱的长轴的轴线重合。

移动巡检平台本体沿波形护栏板移动至待测护栏立柱位于探头定位构件322的有效行程范围内。然后由探头定位构件322移动探头31整体使其位于立柱上方，与立柱对齐，即，螺杆314的中心轴线与圆柱形护栏立柱的轴线重合。然后探头定位构件321控制探头31整体下移，使基座外壳311与护栏立柱的上表面接触，然后继续控制探头31下移，在探头31继续下移的过程中，压力传感器3110测量基座外壳311与立柱柱头表面接触面的压力。根据测量环境的不同，当压力传感器3110测得的压力在20-40N时，探头定位构件321停止探头31下移。压力传感器3110与远程控制系统连接通信。

第二步，步进电机316启动，控制超声模块317向下运动，压紧在待测护栏立柱端部。

步进电机316通过螺杆314带动U形块313和超声模块317相对于基座外壳311向下运动，直到U形块313双臂穿出基座外壳311下表面预留的方孔，双臂端部的磁铁318与立柱上表面磁力接触，运动停止。此时磁铁318的吸力(磁力)可保证U形块313与超声模块317的下表面与立柱柱头表面紧密贴合。

第三步，超声模块317发生超声波信号。

超声模块317发射超声波信号，安装在超声模块317端部与待测护栏立柱的端面接触的超声敏感元件319采集反射的超声波信号，并将该信号转化为电信号。数据处理单元5通过标定的声波速度和发射信号与反射信号的时间差，即可计算出待测护栏立柱的埋深。数据处理单元5将测量出的埋深与相关国家规范的标准数值进行比对，若立柱埋深不符合规范规定，则有数据传输单元6将实测的立柱埋深和GPS坐标发送至远程控制系统。

第四步，当前待测护栏立柱测量完毕，步进电机316带动螺杆314向上运动，收起U形块313和超声模块317。

第五步，探头定位构件321控制探头31整体上移，使基座外壳311与护栏立柱的上表面脱离接触。

第六步，移动巡检平台本体移动至下一根待测护栏立柱位置，返回第一步，直到最后一个护栏立柱的埋深测量完成。

如图2所示，公路图像采集单元4由安装在外壳2的顶板上的摄像头41，安装在外壳2两侧的摄像头42和安装在外壳2底板上的双目摄像头43组成。其中摄像头41为带云台的CCD摄像头，云台可以控制摄像头水平旋转、俯仰运动。在巡检中，摄像头41采集路面及路侧边坡的图像信息，再由数据处理单元5对采集到的图像信息进行图像预处理、道路场景分割、像素点聚类、空间几何特征测定等步骤，对路面遗撒物进行识别，并分为油污积水、货物、砂石等常见遗洒类别。接着将检测结果通过数据传输单元6传送至远程控制系统，为养护维修行为的决策提供依据。摄像头42用于拍摄公路路面行车情况及路侧里程桩、百米桩、防撞桶等设施，采集的原始图像和视频通过数据传输单元6传送至远程控制系统，由人工对设施的损坏情况进行识别观察。双目摄像头43的镜头朝向地面，采集路侧边坡图像，通过数据处理单元5建立路侧边坡的三维点阵模型，判断是否发生路基水毁现象，并将检测结果通过数据传输单元6传送至远程控制系统，为养护维修行为的决策提供依据。

远程控制系统与巡检平台本体通过4G或5G网络建立无线通讯连接，可以通过控制上移动装置11的转动方向和速度从而控制巡检平台本体的运动方向和速度。远程控制系统还能够显示巡检平台内各个工作系统采集的数据结果并保存数据，为养护维修行为的决策提供依据。远程控制系统可以安置在中控室内，也可选用手提式远程控制端，手提式远程控制端同样能够实现上述功能，集成度更高，更加方便携带，便于外地作业。

特别地，巡检平台本体还包括安装于外壳2的两侧板上的警示灯7，其为红色蓝色交替排列的LED灯，在移动式护栏智能巡检平台工作时保持开启，以达到警示提示的作用。特别地，巡检平台本体内设置有GPS模块9，当其他检测系统向远程控制系统传输数据时，GPS模块9同时上传实时的位置信息标签，帮助决策者定位问题发生的位置。

以上申请的仅为本申请的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请创造构思的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (1)

1.一种移动式护栏智能巡检平台，其特征在于，包括巡检平台本体和远程控制系统，所述巡检平台本体包括：移动机构、外壳、以及安装在外壳上的护栏立柱埋深检测单元、公路图像采集单元、数据处理单元和数据传输单元，

其中，所述移动机构包括安装于所述外壳上的上移动装置和下移动装置；所述护栏立柱埋深检测单元包括检测探头和探头定位装置；所述公路图像采集单元包括安装于所述外壳的顶板上的带云台的摄像头A、安装于所述外壳的侧板上的摄像头B以及安装于所述外壳的底板上的双目摄像头；所述数据处理单元将所述公路图像采集单元采集的路面及路侧边坡的图像信息进行处理分析，分析结果由所述数据传输单元通过无线通讯网络传送至所述远程控制系统；

所述上移动装置包括设置于所述外壳上的一对上移动轮组件，各上移动轮组件包括轮套、安装于所述轮套内的主动轮A、通过连接柄与所述轮套连接的从动轮B以及驱动所述主动轮A的电机，所述电机安装于所述外壳上；所述连接柄的两端分别与所述轮套和所述从动轮B铰接，所述连接柄与所述轮套之间设置有扭簧；

所述移动式护栏智能巡检平台还包括控制所述电机驱动所述主动轮A进行正传、反转运动和停止的自主运行导航系统；

所述下移动装置包括：安装于所述外壳的导轨；与所述导轨滑动连接的滑轨；与所述滑轨连接的T型连接件；以及沿厚度方向分别安装于所述T型连接件的两个相对面上的至少一对从动轮C；

所述主动轮A为直径160mm-200mm、槽深20mm-30mm的V形橡胶轮，所述从动轮B为直径120mm-160mm、槽深20mm-30mm的V形橡胶轮；

所述探头定位装置包括探头定位构件A和探头定位构件B，两者配置成相互垂直的直线滑台组，所述探头定位构件A与所述外壳连接，所述检测探头安装于所述探头定位构件B上；

所述检测探头包括基座外壳、盖板、U形块、螺杆、联轴器、步进电机、超声模块、磁铁、超声敏感元件、压力传感器；所述压力传感器设置在所述基座外壳的下表面，远程控制系统连接所述压力传感器，以测量所述基座外壳与待测护栏立柱顶部的接触压力，通过所述压力传感器的反馈数据控制所述步进电机的启动和关闭；当所述压力传感器测得的接触压力在20-40N时，所述探头定位构件B停止下移所述检测探头；

所述远程控制系统为安置在中控室内的远程控制端，或者手提式远程控制端；所述巡检平台本体包括安装于所述外壳上的警示灯以及用于上传实时位置信息的GPS模块。

Images