CN109901619A - 桥面铺装层鼓包探测方法、装置、系统和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种桥面铺装层鼓包探测方法、装置、系统和存储介质。所述方法包括：控制无人机飞行至待检桥面铺装层上方的预设起始位置；控制无人机沿待检桥面铺装层上方的指定路径飞行，并在无人机沿指定路径飞行过程中，控制无人机上搭载的探测装置采集并返回桥面铺装层的探测数据；对探测数据进行分析，获取桥面铺装层的鼓包分析结果。采用本方法能够对大面积的钢桥面铺装层进行快速探测，且对于肉眼观察不明显的鼓包，也能够较精准地探测出来，从而可以有效提升桥面铺装层的鼓包寻找效率。
Description
技术领域
本申请涉及桥面铺装层检测技术领域，特别是涉及一种桥面铺装层鼓包探测方法、装置、系统和存储介质。
背景技术
为了避免雨水通过铺装层渗入钢桥面板与铺装层之间，引起钢桥面的腐蚀，致使钢桥面铺装层与钢桥面板脱层，进一步导致钢桥面铺装层发生松散、坑槽等重大质量问题，通常的做法是在钢桥面板上铺装一层十分致密的结构层。这一做法能较好的解决桥面铺装的防水问题，但也导致了新的技术问题：过于致密的铺装下层在施工过程中容易导致铺装结构层的“鼓包”，即铺装结构层局部隆起的现象。但不同于因铺装厚度变化等导致的局部物理隆起，铺装层的鼓包会随着温度的变化，呈现不同形态，即温度高时，铺装层隆起明显，温度低时，铺装层隆起不明显。铺装层鼓包本质上反映的是铺装层与钢桥面板的脱层。在行车荷载、温度和湿度的共同作用下，铺装层与钢桥面并非处于设计条件下整体受力的状态，铺装层将承受超出容许能力的荷载应力，导致铺装层过早破坏，出现坑槽等病害。
钢桥面铺装层鼓包呈现复杂的相变、温变过程，且在钢桥面铺装过程中鼓包发生的随机性过大，如何在施工过程中对引起鼓包病害的因素进行控制和如何在工后对鼓包进行定位，都是十分复杂的问题。传统的钢桥面铺装层鼓包的寻找方法，主要依靠有经验的技术人员在现场通过肉眼寻找，预判疑似鼓包位置，然后通过敲击疑似鼓包位置及其周边，通过人耳听疑似鼓包位置与周围区域声音的差异来判定。
然而，仅仅通过技术人员的主观判断来辨别铺装层是否存在鼓包现象，在一定程度上缺乏判断的客观性和准确性，对于没有明显隆起的鼓包，或在气温条件较差的情况下，传统的人工判断方法较难发现鼓包。此外，钢桥面铺装层的面积大，仅仅依靠人力难以对施工成品进行地毯式搜索。因此采用上述传统方法寻找鼓包存在可靠性差和寻找效率低的缺陷。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提升桥面铺装层鼓包寻找效率的桥面铺装层鼓包探测方法、装置、计算机设备和存储介质。
一种桥面铺装层鼓包探测方法，方法包括：
控制无人机飞行至待检桥面铺装层上方的预设起始位置；控制无人机沿待检桥面铺装层上方的指定路径飞行，并在无人机沿指定路径飞行过程中，控制无人机上搭载的探测装置采集并返回桥面铺装层的探测数据；对探测数据进行分析，获取桥面铺装层的鼓包分析结果。
一种桥面铺装层鼓包探测装置，所述装置包括：
飞行启动模块，用于控制无人机飞行至待检桥面铺装层上方的预设起始位置；
数据采集控制模块，用于控制无人机沿待检桥面铺装层上方的指定路径飞行，并在无人机沿指定路径飞行时，控制无人机上搭载的探测装置采集并返回桥面铺装层的探测数据；
数据分析模块，用于对探测数据进行分析，获取桥面铺装层的鼓包分析结果。
一种桥面铺装层鼓包探测系统，包括遥控终端，以及与遥控终端通信连接的探测装置；探测装置搭载于无人机的云台上，探测装置还与无人机的飞行控制器连接，用于在遥控终端的控制下通过飞行控制器控制无人机飞行，并采集桥面铺装层的探测数据返回至遥控终端；
遥控终端包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
控制无人机飞行至待检桥面铺装层上方的预设起始位置；控制无人机沿待检桥面铺装层上方的指定路径飞行，并在无人机沿指定路径飞行过程中，控制无人机上搭载的探测装置采集并返回桥面铺装层的探测数据；对探测数据进行分析，获取桥面铺装层的鼓包分析结果。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
控制无人机飞行至待检桥面铺装层上方的预设起始位置；控制无人机沿待检桥面铺装层上方的指定路径飞行，并在无人机沿指定路径飞行过程中，控制无人机上搭载的探测装置采集并返回桥面铺装层的探测数据；对探测数据进行分析，获取桥面铺装层的鼓包分析结果。
上述桥面铺装层鼓包探测方法、装置、计算机设备和存储介质，通过遥控无人机搭载探测装置在桥面铺装层上依照指定路径飞行，并对桥面铺装层的探测信息进行实时采集并回传，对回传的探测数据进行分析处理，用户通过遥控终端即可方便地获知桥面铺装层的鼓包探测结果。相较于传统的人工搜寻判断钢桥面铺装层鼓包的方式，本申请的上述方法，可以对大面积的钢桥面铺装层进行快速探测，且对于肉眼观察不明显的鼓包，也能够较精准地探测出来，从而可以有效提升桥面铺装层的鼓包寻找可靠性和鼓包寻找效率。
附图说明
图1为一个实施例中桥面铺装层鼓包探测系统的结构示意图；
图2为一个实施例中探测装置的结构示意图；
图3为一个实施例中桥面铺装层鼓包探测系统的示意图；
图4为一个实施例中遥控终端的结构示意图；
图5为一个实施例中桥面铺装层鼓包探测方法的流程示意图；
图6为一个实施例中桥面铺装层鼓包剖面示意图；
图7为一个实施例中桥面铺装层鼓包探测图像示意图；
图8为另一个实施例中桥面铺装层鼓包探测方法的流程示意图；
图9为一个应用实例中桥面铺装层鼓包探测系统的结构框图；
图10为一个实施例中桥面铺装层鼓包探测装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的桥面铺装层鼓包探测方法，可以应用于如图1所示的桥面铺装层鼓包探测系统中。该系统可以包括搭载于无人机上的探测装置100和遥控终端200。其中，探测装置100与无人机300的飞行控制器310数据互通，探测装置100与遥控终端200无线通信连接。探测装置100用于接收遥控终端200的控制指令，并根据接收的控制指令通过飞行控制器310控制无人机300在待检桥面铺装层10上方飞行，以及控制探测装置100采集桥面铺装层10的探测数据并将探测数据返回至遥控终端200。遥控终端200用于执行本申请任意一个实施例的桥面铺装层鼓包探测方法，以实现控制无人机300飞行携带探测装置100采集桥面铺装层10的探测数据，并分析获取桥面铺装层10的鼓包探测结果。其中，探测装置100可以是具有采集探测桥面铺装层的相关特征信息的装置，例如可以但不限于是包括有各种红外摄像头、超声波探测器、可见光摄像头等等中的一种或多种组合的装置，遥控终端200可以但不限于包括各种手机、平板电脑、个人计算机、笔记本电脑、专用遥控器等等。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的限定，具体的应用场景可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
例如，如图2所示，在另一个实施例中，桥面铺装层鼓包探测系统10的探测装置100可以包括用于与遥控终端200进行数据交互的无线通信装置110；用于通过无线通信装置110接收遥控终端200的控制指令，通过无人机300的飞行控制器310控制无人机300飞行以及控制摄像头130采集桥面铺装层10的探测数据的控制器120；以及用于在控制器120的控制下采集桥面铺装层10的探测数据，并通过无线通信装置110将探测数据返回至遥控终端200的摄像头130；其中，控制器120分别与无线通信装置110和摄像头130连接，控制器120还与无人机300的飞行控制器310通信连接，如图3所示，探测装置100搭载于无人机300的云台320上，从而可以通过控制云台320的转向角度以控制探测装置100的摄像头130的数据采集角度。摄像头130可以包括红外摄像头和/或可见光摄像头等等。
遥控终端200可以是固定式、移动式或手持式的遥控终端。如图4所示，遥控终端200可以进一步包括处理器210、存储器220、信号收发装置230以及输入装置240；处理器210分别与存储器220、信号收发装置230以及输入装置240连接；其中，输入装置240用于接收用户的输入信息并传输给处理器210，处理器210用于处理输入信息并生成控制指令，处理器210用于通过信号收发装置230将控制指令发送至桥面铺装层鼓包探测装置100；处理器210用于接收桥面铺装层鼓包探测装置100返回的探测数据，并对探测数据进行分析得到鼓包探测结果。输入装置240可以但不限于包括触控显示屏、麦克风、鼠标等等。其中，遥控终端200的信号收发装置230用于与桥面铺装层鼓包探测装置100的无线通信装置110通信连接，以实现遥控终端200与桥面铺装层鼓包探测装置100之间的无线数据互通。
在一个实施例中，如图5所示，提供了一种桥面铺装层鼓包探测方法，以该方法应用于图1-4中的遥控终端为例进行说明，包括以下步骤：
一种桥面铺装层鼓包探测方法，方法包括：
S510，控制无人机飞行至待检桥面铺装层上方的预设起始位置；
其中，预设起始位置可以根据实际需要设置，例如可以根据无人机的预计飞行路径去决定适合的起始位置，或者根据当前待检桥面铺装层的实际尺寸情况选择相应的位置，例如可以选择待检桥面铺装层的其中一个边角作为起始位置。
在实际应用中，用户可以通过遥控终端的输入装置实时输入无人机的起始位置信息至遥控终端中，或者遥控终端中记录有该待检桥面铺装层的信息，根据待检桥面铺装层的信息实时分析得到最优的起始位置，之后遥控终端根据确定的起始位置，生成对应的控制指令并发送至探测装置，探测装置再将该控制指令转发至飞行控制器，以控制无人机飞行至待检桥面铺装层上方的对应的预设起始位置。
具体地，在执行此步骤之前，需要先将探测装置搭载在无人机的航拍云台上，之后用户可利用远端遥控终端，遥控无人机升空，待无人机升至一定高度后保持悬停，之后通过遥控终端调整无人机的位置，使无人机处于待检钢桥面铺装层上的预设起始位置。进一步地，还可以通过遥控终端控制调整无人机云台的角度，以保证云台上搭载的探测装置的探测角度朝向设定角度，例如可以是相对于桥面铺装层垂直向下的俯视角度。
在实际应用中，在本步骤控制无人机飞行至待检桥面铺装层上方的预设起始位置之后，在步骤控制无人机沿待检桥面铺装层上方的指定路径飞行并采集探测数据之前，用户可以先利用遥控终端，向安装于无人机航拍云台下方的探测装置发送控制指令，探测装置的控制器接收控制指令，将接收的指令分送至摄像头，控制摄像头开启并采集探测数据，摄像头将采集的探测数据再返回控制器，控制器经过处理后将信号反馈给遥控终端，遥控终端对采集的数据进行显示。在确保遥控终端能清晰的呈现探测装置反馈的探测数据后，在第一人称视角下由遥控终端向探测装置发送指令，探测装置调整摄像头的拍摄角度，确保镜头视野为俯视视野。
S520，控制无人机沿待检桥面铺装层上方的指定路径飞行，并在无人机沿指定路径飞行过程中，控制无人机上搭载的探测装置采集并返回桥面铺装层的探测数据；
其中，遥控终端可以设置有显示屏，该显示屏可以以第一人称视野实时显示待检桥面铺装层的相关信息，以及无人机飞行位置，探测数据等的相关信息等。本步骤中的指定路径包括但不限于用户在遥控终端以第一人称视野根据待检桥面铺装层的线形特征指定的飞行路径，或者，根据事先在遥控终端中导入待检桥面的三维线形数据，由遥控终端运算规划的飞行路径。
其中，在无人机飞行过程中，探测装置可以按照遥控终端指定的采样模式采集并返回桥面铺装层的探测数据，其中采样模式可以包括数据采样方式、数据纵向采样间距、数据横向采样间距参数等等。当探测装置包括不同的探测元件时，对应可以采集不同类型的探测数据时，则探测装置可以按照遥控终端指定的采样类型采集并返回对应的一种或多种类型的探测数据。
在本步骤中，遥控终端可以根据运算规划的飞行路径或者用户输入的飞行路径控制信息，以及预设的采样模式和采样类型，生成对应的控制指令并发送至探测装置，探测装置再将控制飞行路径的控制指令转达至飞行控制器，以控制无人机沿待检桥面铺装层上方的按照指定路径飞行，并根据控制数据探测的控制指令，控制探测装置中的摄像头依照预设的采样频率和采样类型采集探测数据，并将采集的探测数据返回至遥控终端。
S530，对探测数据进行分析，获取桥面铺装层的鼓包分析结果。
在本步骤中，遥控终端对接收的探测数据进行分析，从而可以得到桥面铺装层的鼓包分析结果。用户通过遥控终端即可以实时获知桥面铺装层中存在的鼓包数量、位置、大小等相关信息。
如图6所示，为一个实施例的桥面铺装层鼓包剖面示意图，图6中可以看到桥面板601上铺设有一层铺装层603，铺装层603与桥面板601之间通过一层粘接层602紧密贴合在一起，当桥面铺装层出现鼓包时，如果鼓包较大，则可能是如图6所示的隆起鼓包604，这种隆起鼓包较为明显,内部存在气相空间605，通过人眼即可辨别出来，但是当鼓包较小，或气候原因等导致鼓包不隆起时，则可能会存在如图6所示的无隆起鼓包606，这种无隆起鼓包606通过肉眼难以辨别，人工搜寻很容易遗漏。
而本申请的上述桥面铺装层鼓包探测方法，通过遥控无人机搭载探测装置在桥面铺装层上依照指定路径飞行，并对桥面铺装层的探测信息进行实时采集并回传，对回传的探测数据进行分析处理，用户通过遥控终端即可方便地获知桥面铺装层的鼓包探测结果。相较于传统的人工搜寻判断钢桥面铺装层鼓包的方式，本申请的上述方法，可以对大面积的钢桥面铺装层进行快速探测，且对于肉眼观察不明显的鼓包，也能够较精准地探测出来，从而可以有效提升桥面铺装层的鼓包寻找可靠性和鼓包寻找效率。
在一个实施例中，探测装置可以设置有红外摄像头，S520中控制无人机上搭载的探测装置采集并返回桥面铺装层的探测数据包括：控制无人机上搭载的探测装置中的红外摄像头采集并返回桥面铺装层的红外探测数据。
一定条件下，钢桥面铺装层鼓包位置存在气相空间，而鼓包位置周围是铺装层与钢桥面紧密结合的固相物质，气相与固相存在不同的热力学特征，随环境温度变化时，鼓包的气相空间与周围铺装结构的固相温度必然存在差异。因此，可以很好的利用鼓包位置与周围铺装层的温度差来确定钢桥面铺装层的鼓包位置和定量确定鼓包面积。红外热成像技术是一种非接触式无损温度检测技术，不受电磁干扰，探测能力强，不受强光影响。在桥面铺装层中，鼓包区域的温度分布会与周边正常区域的温度分布具有明显差异。本实施例中，通过探测装置设置的红外摄像头，可以较敏锐地探测出桥面铺装层中各种类型的鼓包，包括较小较不明显的鼓包也可以探测出来，能够有效提升鼓包探测的准确性。
进一步地，在一个实施例中，当使用红外摄像头采集并返回桥面铺装层的红外探测数据时，S520中可以控制无人机上搭载的探测装置中的红外摄像头以俯视角度采集并返回桥面铺装层的红外探测数据，利用无人机航拍平台为红外温度数据采集装置提供更广的采集视角，以俯视角度获取钢桥面铺装层的面域温度数据，可以避免因镜头角度变化导致不同位置温度数据在成像时的干涉造成的结果误判，提升了鼓包探测的准确性。
在一个实施例中，探测装置可以设置有可见光摄像头，控制无人机上搭载的探测装置采集并返回桥面铺装层的探测数据包括：控制无人机上搭载的探测装置中的可见光摄像头采集并返回桥面铺装层的可见光探测数据。
在利用红外摄像头对鼓包进行探测时，有时候部分疑似鼓包的杂物难以通过红外信息进行区分，而可见光探测信息可以帮助区分出红外探测数据中的干扰信息。本实施例中，通过探测装置设置的可见光摄像头，可以将可见光摄像头搭配红外摄像头对桥面铺装层进行探测，可见光摄像头取得的可见光探测数据可以帮助排除单一红外摄像头鼓包探测中的部分干扰信息，帮助获取铺装层中鼓包的位置参考信息，如获取铺装层边缘立柱、桩号标记等，以此来推算鼓包在整个铺装层中位置，从而提升鼓包探测过程中对鼓包区域和位置判断的准确性。
在一个实施例中，遥控终端可以设置有显示屏，例如可以是触控显示屏。控制无人机上搭载的探测装置采集并返回桥面铺装层的探测数据时，还包括：根据接收的探测数据实时显示对应的探测图像；探测图像包括第一人称视野显示的桥面铺装层图像以及桥面铺装层上各个位置对应的探测数据的强度值图像。
如图7所示，为一个实施例的桥面铺装层鼓包探测图像示意图，图7中，可以在显示屏的探测数据显示界面中，用不同颜色表示探测数据的强度值，从而形成探测数据在桥面铺装层上各个位置的强度分布图，在显示的探测图像中，正常铺装层具有基础色701，而较大较明显的鼓包例如图6中的隆起鼓包会显示出较深的颜色区域702，较小较不明显的鼓包例如图6中的无隆起鼓包会显示出较浅的颜色区域703。
本实施例中，用户可以通过遥控终端显示的探测图像方便直观的获知桥面铺装层的实时探测数据分布情况，从而可以方便用户根据探测情况通过遥控终端调整探测的相关参数，例如对疑似鼓包区域进行更细致地探测，从而提升鼓包探测的准确性。
在一个实施例中，控制无人机沿待检桥面铺装层上方的指定路径飞行，包括：获取待检桥面铺装层的尺寸数据；根据尺寸数据，分析得到最优规划路径；根据最优规划路径，生成对应的控制指令并发送至无人机的飞行控制器，控制指令用于指示飞行控制器依照最优规划路径控制无人机飞行。
本实施例中，遥控终端可以根据待检桥面铺装层的尺寸数据分析获取最优的规划路径，路径规划可以更准确更全面地覆盖待检桥面铺装层的区域，提升了鼓包探测的准确性和效率。
在一个实施例中，遥控终端可以设置有触控显示屏、鼠标或麦克风。控制无人机沿待检桥面铺装层上方的指定路径飞行，包括：接收用户通过触控屏、鼠标或麦克风输入的路径指示信息；根据路径指示信息，生成对应的控制指令并发送至无人机的飞行控制器，控制指令用于指示飞行控制器依照路径指示信息控制无人机飞行。
具体地，用户可以通过触控屏、鼠标、声控等方式来改变无人机的飞行方向，使无人机按需要的路径飞行。现场在远端操控平台飞行界面通过触屏或鼠标绘制飞行轨迹。在现场根据无人机飞行状况，通过语音输入指令信息，改变无人机飞行方向、高度等状态，使无人机按需要路径飞行。
本实施例中，用户可以根据实际需要，通过触控屏、鼠标或麦克风等多种方式实时对无人机的飞行路径进行遥控和调整，提升了鼓包探测的灵活性。
在一个实施例中，如图8所示，S530对探测数据进行分析，获取桥面铺装层的鼓包分析结果，包括：
S531，对采集的探测数据进行去噪处理，去除其中的干扰信号；
其中，对桥面铺装层采集的每一次探测数据，可以包括有采集数据在桥面铺装层上的位置以及对应位置的采集数据强度信息，其可以表示为一个三维矩阵，其中Z轴值表示强度，XY轴值表示坐标位置。用不同颜色表示Z轴值，绘制在XY坐标系上，则可以形成一张平面的探测数据分布图像，称为探测图像。在本步骤中，遥控终端可以对采集的探测图像进行图像学的处理，以去除其中的干扰信息。例如可以确定图像的能量函数，通过对图像能量函数的最小化达到平滑去噪的目的。
在实际应用中，可以采用MATLAB图像处理软件实现上述步骤，作为对本专利具体可实施的补充说明，对图像去噪的详细步骤可以举例说明如下：
首先读取图像：采用MATLAB自带图像读取命令从存储设备的C目录中读取命名为1的gif格式图片，并将其图像矩阵命名为I。
I＝imread('C:\1.gif')；
之后，采用MATLAB中的滤波函数filter2对受噪声干扰的图像进行均值滤波：
K1＝filter2(fspecial('average',3),I)/255；
K1为滤波之后的图像矩阵，即为去噪后的图像矩阵，上述滤波函数中3为模板尺寸。
fspecial函数用于创建预定义的滤波算子，其语法格式为：
fspecial(type)
fspecial(type,parameters)
参数type指定算子的类型，parameters指定相应的参数，具体格式为：
fspecial('average',n)，type＝'average'，为均值滤波，参数parameters为n代表模版尺寸，用向量表示，默认值为[3,3]；
fspecial(type,parameters)，type＝'gaussian'，为高斯低通滤波器，参数parameters有两个，n表示模版尺寸，默认值为[3,3]，sigma表示滤波器的标准差，单位为像素，默认值为0.5；
fspecial(type,parameters)，type＝'laplacian'，为拉普拉斯算子，参数parameters为alpha，用于控制拉普拉斯算子的形状，取值范围为[0,1]，默认值为0.2；
fspecial(type,parameters)，type＝'log'，为拉普拉斯高斯算子，参数parameters有两个，n表示模版尺寸，默认值为[3,3]，sigma为滤波器的标准差，单位为像素，默认值为0.5；
fspecial(type,parameters)，type＝'prewitt'，为prewitt算子，用于边缘增强，无参数parameters；
fspecial(type,parameters)，type＝'sobel'，为sobel算子，用于边缘提取，无参数parameters；
fspecial(type,parameters)，type＝'unsharp'，为对比度增强滤波器，参数parameters为alpha用于控制滤波器的形状，范围为[0,1]，默认值为0.2。
S532，根据去噪后的探测数据，生成对应的探测图像；
在实际应用中，可以将桥面铺装层划分为多个单元评价路段，对按照预定频率获取的探测数据按照单元评价路段进行划分，对每个单元评价路段的探测数据分别进行分析，以提升数据分析的效率。具体地，无人机在飞行过程中按路径依照预设频率采样，对每张图片进行编码储存。这里的单元可以是每张图片，也可以按照需要采集信息的路段长度等分段落，采样单元划分按需求设置。
在获取了探测数据后，因为探测数据是依照预设采样频率采样的，相邻采样的探测数据可能存在部分重合的现象，因此在对探测数据进行分析之前，在本步骤S532中，需要将这些数据进行处理，依照数据分析的需求对数据进行整合，例如依照上述划分的多个单元评价路段，对每个需要分析的路段的数据整理结合成一帧完整的探测图像。
在一个实施例中，本步骤根据探测数据，生成对应的探测图像，可以进一步包括：获取无人机飞行过程中采集的多个探测数据；根据多个探测数据以及各个探测数据对应的探测坐标，拼接得到一幅探测图像。
S533，获取探测图像中与周围区域的探测数据强度值之间的差异度超出阈值的区域的轮廓；
在本步骤中，作为示例地，为了在一幅图像f的(x,y)位置处寻找边缘的强度和方向，可以选择梯度作为分析的工具，梯度用▽f表示，并用向量来定义如下：
其中，为偏导数符号，该梯度向量指出了图像f在位置(x,y)处的最大变化率的方向，向量▽f的大小(长度)表示为M(x,y)，它是梯度向量方向变化率的值。
其中，gx,gy,M(x,y)都是与原图像f大小相同的图像，是x和y在f中的所有像素位置上变化时产生的。
梯度向量的方向为：
通过MATLAB具体实现图像边缘检测的详细过程如下：
首先读取图像：采用MATLAB自带图像读取命令从存储设备的C目录中读取命名为lena的jpg格式图片，并将其图像矩阵命名为I。
I＝imread('C:\lena.jpg')；
采用MATLAB自带函数rgb2gray对图像矩阵I转化为灰度矩阵img。
img＝rgb2gray(I)；
采用MATLAB自带函数edge对图像img进行边缘检测。
BW1＝edge(img,'sobel')；
采用的边缘检测算子为Sobel，得到矩阵BW1，即为原图像的边缘结果(鼓包轮廓)。
S534，计算获取每个轮廓的形心坐标以及面积；
桥面铺装层的鼓包在平面图上显示的结果可以是一个类似伤疤形状的轮廓，其可以是一个多边形的面，面的形心就是该多边形截面图形的几何中心。
形心坐标计算公式：
一个由N个顶点(xi,yi)确定的不自交闭多边形的中心能如下计算：
记号(xN,yN)与顶点(x0,y0)相同。多边形的面积为：
上式中，A为多边形(鼓包区域)的面积，N为多边形顶点个数，i＝0,1,...,N-1；xi是鼓包区域轮廓多边形第i个顶点的x坐标值，xi+1是鼓包区域轮廓多边形第i+1个顶点的x坐标值，yi是鼓包区域轮廓多边形第i个顶点的y坐标值，yi+1是鼓包区域轮廓多边形第i+1个顶点的y坐标值。
多边形的中心由下式给出：
上式中，Cx是多边形区域(鼓包区域)的形心的x坐标值，Cy是多边形区域(鼓包区域)的形心的y坐标值，N为多边形顶点个数，i＝0,1,...,N-1；xi是鼓包区域轮廓多边形第i个顶点的x坐标值，xi+1是鼓包区域轮廓多边形第i+1个顶点的x坐标值，yi是鼓包区域轮廓多边形第i个顶点的y坐标值，yi+1是鼓包区域轮廓多边形第i+1个顶点的y坐标值。
S535，根据形心坐标以及面积，获取对应的桥面铺装层的鼓包分析结果。
本步骤中，对前述步骤计算得到的各个单元区域的形心坐标以及面积进行整合，得到对应的桥面铺装层的鼓包分析结果。
本实施例中，遥控终端可通过图像学方法，对桥面铺装层的探测图像进行分析，获取桥面铺装层的鼓包分布位置、大小、形态等等详细信息，方便用户从遥控终端知悉桥面铺装层的详细鼓包分析结果。
应该理解的是，虽然图4和图8的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图4和图8中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
为了使本申请技术方案和技术效果更加清晰，下面以一个应用实例对本申请的桥面铺装层鼓包探测方法进行示例说明。
本应用实例的桥面铺装层鼓包探测方法，可以应用于如图9所示的桥面铺装层鼓包探测系统中，其中，该系统包括远端操控平台910、集成控制装置920、红外温度数据采集装置930和无人机940。无人机940内置有用于控制无人机的飞行状态和航拍云台角度的无人机飞行控制系统941和与无人机飞行控制系统941电连接的航拍云台942；红外温度数据采集装置930可以包含可见光相机932、红外相机933两个部件，可见光相机932包含一个可见光镜头、红外相机933包含一个红外温度成像镜头，红外温度数据采集装置930还可以搭载有红外温度数据采集装置控制系统931，用于对可见光相机932和红外相机933的控制；远端操控平台910，可以是固定式、移动式操控平台，也可以是手持式操控平台；集成控制装置920，是红外温度数据采集装置930、无人机940两个部件的集成控制装置，其分别连接红外温度数据采集装置控制系统931和无人机飞行控制系统941，集成控制装置还与远端操控平台910无线通信连接。
本应用实例的桥面铺装层鼓包探测方法可以包括如下步骤：
第一步，将集成控制装置、红外温度数据采集装置搭载在无人机的航拍云台上。
第二步，利用远端操控平台，遥控无人机升空，待无人机升至一定高度后保持悬停，调整无人机的位置，使无人机处于待检钢桥面铺装层成品的起始位置。
第三步，利用远端操控平台，向安装于无人机航拍云台下方的集成控制装置发送无线指令，集成控制装置接收指令，集成控制装置将接收的指令分送至红外温度数据采集装置控制系统，开启红外相机和可见光相机镜头，镜头获取可见光和红外温度信息数据，通过红外温度数据采集装置控制系统反馈至集成控制装置，集成控制装置经过处理后将信号反馈给远端操控平台。
第四步，在确保远端操控平台能清晰的呈现集成控制装置反馈的温度和图像数据后，在第一人称视角下由远端操控平台向集成控制装置发送指令，集成控制装置通过红外温度数据采集装置控制系统调整可见光相机和红外相机镜头的角度，确保镜头视野为俯视视野。
第五步，利用远端操控平台，向安装于无人机云台下方的集成控制装置发送无线指令，集成控制装置通过红外温度数据采集装置控制系统调整红外温度数据采集装置的成像模式。
本步骤中，成像模式包含红外成像模式、可见光成像模式及红外和可见光混合成像模式：
红外成像模式：本专利的核心是利用红外成像镜头获取沥青铺装层表面的面域温度分布信息，因此红外成像模式是主要应用场景。
可见光成像模式：可见光成像模式，用于获取铺装层中鼓包的位置参考信息，如获取铺装层边缘立柱、桩号标记等，以此来推算鼓包在整个铺装层中位置，便于后期进行鼓包定位和鼓包的处理。仅在部分仅需寻找鼓包病害数量的整体评价型项目中，对单个鼓包位置信息要求不高时，可不开启可见光成像模式。
红外和可见光混合成像模式：在对单个鼓包位置信息要求较高，及对疑似鼓包的杂物、阴影等干扰进行预判断时，需要开启混合成像模式。
第六步，利用远端操控平台，向集成控制装置发送无线指令，集成控制装置通过无人机飞行控制系统调整无人机的飞行模式，集成控制装置通过红外温度数据采集装置控制系统调整红外温度数据采集装置的数据采集模式。
本步骤中，飞行模式包括对无人机飞行高度、飞行速度参数的设置，数据采集模式包含数据采样方式、数据纵向采样间距、数据横向采样间距参数的设置。
第七步，利用远端操控平台，向集成控制装置发送无线指令，集成控制装置通过无人机飞行控制系统控制无人机沿指定路径行走，集成控制装置通过红外温度数据采集装置控制系统调整红外温度数据采集装置采集视野下方钢桥面铺装层的温度数据和图像数据，温度数据和图像数据通过红外温度数据采集装置控制系统反馈至集成控制装置，集成控制装置进一步反馈至远端操控平台。
本步骤中，指定路径包括但不限于在现场远端操控平台以第一人称视野根据待检钢桥面线形特征指定飞行路径，或，根据事先在远端操控平台中导入待检钢桥面的三维线形数据有远端操控平台规划飞行路径，向无人机飞行控制系统发送飞行路径指令。
现场第一人称视野指定飞行路径：包括但不限于在现场通过触屏、鼠标、声控等方式来改变无人机的飞行方向，使无人机按需要的路径飞行。
触屏、鼠标方式：现场在远端操控平台飞行界面绘制飞行轨迹。
声控方式：在现场根据无人机飞行状况，通过语音输入指令信息，改变无人机飞行方向、高度等状态，使无人机按需要路径飞行。
第八步，远端操控平台将反馈回来的温度和图像数据部署到远端操控平台的数据自动分析系统中，数据自动分析系统将实时对视野范围内温度和图像数据进行分析，包括温度数据的分布均匀程度、局部异常，并根据铺装层的温度差异原则，对温度差异大的疑似鼓包的位置进行定位、确定其面积大小。
本步骤中，数据自动分析系统寻找鼓包包括如下步骤A-E：
A、对采集到的温度和图像数据进行去噪处理，去除干扰信号；
B、划分单元评价路段，对获取的温度和图像数据进行单元为单位进行划分；
C、对每个单元的温度数据进行分析，将单元温度数据图像化，并对图像进行图像学处理，凸显图像中与周围存在明显异常的区域的轮廓；
D、计算每个单元中每个轮廓位置的形心坐标，计算每个轮廓的面积；
E、对每个单元评价路段，统计分析其中轮廓位置和面积信息。
传统的鼓包寻找方法，需要依赖技术人员现场肉眼寻找，主要依据鼓包隆起这一特征，在气温条件适宜的情况下可发现十分明显的鼓包，但对于没有明显隆起的鼓包，或者气温条件较差时，则较难发现，实际经验表面，钢桥面施工后发现的鼓包大多属于这种不明显的类型，传统方法在寻找鼓包时存在明显的技术缺陷；传统方法寻找鼓包，对外界环境温度的要求较高，环境温度必须高到一定程度，鼓包中液态才能向气态发生相态转变，鼓包隆起特征才会明显肉眼可见，否则鼓包中物质一直处于液态，体积较小，鼓包隆起特征将不明显，肉眼较难发现；此外，鼓包面积大小以往通过锤击听音的方式来判定，存在极大的主观性，容易造成误判。而钢桥面铺装层的面积大，仅仅依靠人力难以对施工成品进行地毯式搜索，传统方法往往还需要投入非常大的人力、物力、财力才能勉强完成相关工作，而且耗费的时间非常多，难以满足现代化钢桥面铺装施工质量快速检验评定的要求。
本申请上述应用实例的桥面铺装层鼓包探测方法，利用无人机航拍平台搭载红外温度数据采集装置，对钢桥面铺装层施工成品进行面域温度的采集，可以消除客观技术弊端，提供更先进技术方案确保寻找到技术人员依靠肉眼难以发现的鼓包。能够解决传统方法对外界环境温度的要求较高的缺陷，确保在更大的环境温度范围内均可完成对钢桥面鼓包的寻找。通过温度差方式来定位鼓包位置和定量鼓包面积大小，使寻找鼓包的方式更加科学可靠。相对于传统方法，本申请上述方法大大提高了钢桥面鼓包的寻找效率和准确性，能更加适应现代化钢桥面铺装施工的工期要求。
在一个实施例中，如图10所示，提供了一种桥面铺装层鼓包探测装置1000，包括：飞行启动模块1010、数据采集控制模块1020和数据分析模块1030，其中：
飞行启动模块1010，用于控制无人机飞行至待检桥面铺装层上方的预设起始位置；
数据采集控制模块1020，用于控制无人机沿待检桥面铺装层上方的指定路径飞行，并在无人机沿指定路径飞行时，控制无人机上搭载的探测装置采集并返回桥面铺装层的探测数据；
数据分析模块1030，用于对探测数据进行分析，获取桥面铺装层的鼓包分析结果。
在一个实施例中，数据采集控制模块1020用于控制无人机上搭载的探测装置中的红外摄像头采集并返回桥面铺装层的红外探测数据。
在一个实施例中，数据采集控制模块1020用于控制无人机上搭载的探测装置中的可见光摄像头采集并返回桥面铺装层的可见光探测数据。
在一个实施例中，桥面铺装层鼓包探测装置1000还包括：
探测数据显示模块，用于根据接收的探测数据实时显示对应的探测图像；探测图像包括第一人称视野显示的桥面铺装层图像以及桥面铺装层上各个位置对应的探测数据的强度值图像。
在一个实施例中，数据采集控制模块1020用于获取待检桥面铺装层的尺寸数据；根据尺寸数据，分析得到最优规划路径；根据最优规划路径，生成对应的控制指令并发送至无人机的飞行控制器，控制指令用于指示飞行控制器依照最优规划路径控制无人机飞行。
在一个实施例中，数据采集控制模块1020用于接收用户通过触控屏、鼠标或麦克风输入的路径指示信息；根据路径指示信息，生成对应的控制指令并发送至无人机的飞行控制器，控制指令用于指示飞行控制器依照路径指示信息控制无人机飞行。
在一个实施例中，数据分析模块用于根据探测数据，生成对应的探测图像；获取探测图像中与周围区域的探测数据强度值之间的差异度超出阈值的区域的轮廓；计算获取每个轮廓的形心坐标以及面积；根据形心坐标以及面积，获取对应的桥面铺装层的鼓包分析结果。
在一个实施例中，数据分析模块1030进一步用于获取无人机飞行过程中采集的多个探测数据；根据多个探测数据以及各个探测数据对应的探测坐标，拼接得到一幅探测图像。
关于桥面铺装层鼓包探测装置1000的具体限定可以参见上文中对于桥面铺装层鼓包探测方法的限定，在此不再赘述。上述桥面铺装层鼓包探测装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
一种桥面铺装层鼓包探测系统，包括遥控终端，以及与遥控终端通信连接的探测装置；探测装置搭载于无人机的云台上，探测装置还与无人机的飞行控制器连接，用于在遥控终端的控制下通过飞行控制器控制无人机飞行，并采集桥面铺装层的探测数据返回至遥控终端；
遥控终端包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
控制无人机飞行至待检桥面铺装层上方的预设起始位置；控制无人机沿待检桥面铺装层上方的指定路径飞行，并在无人机沿指定路径飞行过程中，控制无人机上搭载的探测装置采集并返回桥面铺装层的探测数据；对探测数据进行分析，获取桥面铺装层的鼓包分析结果。
在其它实施例中，处理器执行计算机程序时还实现如上任意实施例的桥面铺装层鼓包探测方法的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
控制无人机飞行至待检桥面铺装层上方的预设起始位置；控制无人机沿待检桥面铺装层上方的指定路径飞行，并在无人机沿指定路径飞行过程中，控制无人机上搭载的探测装置采集并返回桥面铺装层的探测数据；对探测数据进行分析，获取桥面铺装层的鼓包分析结果。
在其它实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现如上任意实施例的桥面铺装层鼓包探测方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种桥面铺装层鼓包探测方法，所述方法包括：
控制无人机飞行至待检桥面铺装层上方的预设起始位置；
控制无人机沿待检桥面铺装层上方的指定路径飞行，并在无人机沿所述指定路径飞行过程中，控制无人机上搭载的探测装置采集并返回桥面铺装层的探测数据；
对所述探测数据进行分析，获取所述桥面铺装层的鼓包分析结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制无人机上搭载的探测装置采集并返回桥面铺装层的探测数据包括：
控制无人机上搭载的探测装置中的红外摄像头采集并返回桥面铺装层的红外探测数据；
和/或
控制无人机上搭载的探测装置中的可见光摄像头采集并返回桥面铺装层的可见光探测数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制无人机上搭载的探测装置采集并返回桥面铺装层的探测数据时，还包括：
根据接收的所述探测数据实时显示对应的探测图像；
所述探测图像包括显示的桥面铺装层图像以及桥面铺装层上各个位置对应的探测数据的强度值图像。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于，所述控制无人机沿待检桥面铺装层上方的指定路径飞行，包括：
获取待检桥面铺装层的尺寸数据；
根据所述尺寸数据，分析得到最优规划路径；
根据所述最优规划路径，生成对应的控制指令并发送至无人机的飞行控制器，所述控制指令用于指示飞行控制器依照所述最优规划路径控制无人机飞行。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于，所述控制无人机沿待检桥面铺装层上方的指定路径飞行，包括：
接收用户通过触控屏、鼠标或麦克风输入的路径指示信息；
根据所述路径指示信息，生成对应的控制指令并发送至无人机的飞行控制器，所述控制指令用于指示飞行控制器依照所述路径指示信息控制无人机飞行。
6.根据权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于，对所述探测数据进行分析，获取所述桥面铺装层的鼓包分析结果，包括：
根据所述探测数据，生成对应的探测图像；
获取探测图像中与周围区域的探测数据强度值之间的差异度超出阈值的区域的轮廓；
计算获取每个轮廓的形心坐标以及面积；
根据所述形心坐标以及面积，获取对应的桥面铺装层的鼓包分析结果。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述探测数据，生成对应的探测图像，包括：
获取无人机飞行过程中采集的多个探测数据；
根据多个探测数据以及各个探测数据对应的探测坐标，拼接得到一幅探测图像。
8.一种桥面铺装层鼓包探测装置，其特征在于，所述装置包括：
飞行启动模块，用于控制无人机飞行至待检桥面铺装层上方的预设起始位置；
数据采集控制模块，用于控制无人机沿待检桥面铺装层上方的指定路径飞行，并在无人机沿所述指定路径飞行时，控制无人机上搭载的探测装置采集并返回桥面铺装层的探测数据；
数据分析模块，用于对所述探测数据进行分析，获取所述桥面铺装层的鼓包分析结果。
9.一种桥面铺装层鼓包探测系统，其特征在于，包括遥控终端，以及与所述遥控终端通信连接的探测装置；
所述探测装置搭载于无人机的云台上，所述探测装置还与无人机的飞行控制器连接，用于在遥控终端的控制下通过所述飞行控制器控制所述无人机飞行，并采集桥面铺装层的探测数据返回至遥控终端；
所述遥控终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述桥面铺装层鼓包探测方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的桥面铺装层鼓包探测方法的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190618 |