CN112160227A - 一种智能化路面裂缝修补系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及于公路养护技术领域，具体涉及一种智能化路面裂缝修补系统，包括：二维模块，用于实时采集路面二维图像；三维模块，用于采集裂缝三维数据；识别模块，用于对路面二维图像进行分析，判断路面是否存在裂缝；控制模块，用于在路面存在裂缝时发送控制信号；立体模块，用于根据裂缝三维数据建立裂缝立体模型；处置模块，用于根据路面裂缝识别反馈的结果对路面裂缝进行扩槽等处理；除尘模块，用于根据除尘的控制信号对开槽后的路面进行清理；修补模块，用于根据修补的控制信号对裂缝进行修补。本发明解决了现有技术解决了当前路面裂缝修补人工成本高、效率低、耗时长、智能化程度低、修补耐久性差等问题，也提高了公路养护过程交通安全。
Description
技术领域
本发明涉及于公路养护技术领域，具体涉及一种智能化路面裂缝修补系统。
背景技术
当前，路面裂缝主要依靠人工修补，也即通过人工识别裂缝进行标记，根据裂缝类型选择适当的方法进行补缝，这种方式效率低、耗时长、智能化程度低，不能满足当前迅速增长的养护数量需求和质量需求。随着公路交通智慧化程度的增加，智能扫描识别技术不断地到被应用到自动修补作业上。
比如，文件CN102644234A公开了一种裂缝自动修补车，包括：车体；路面扫描机构，用于捕捉实时路面状态；裂缝识别模块，扫描后的路面信息进行分析识别，确定路面是否存在裂缝；定位模块，用于确定车体的地理空间位置，判断车体与裂缝位置的距离和方向；中央处理器，处理路面扫描机构、裂缝识别模块和定位模块传输的信号；执行机构，执行由中央处理器传入的命令，对识别出的裂缝进行清理和修补。
对于整个裂缝的识别和修补过程，全部采用智能化操作，可实现对路面裂缝的自动识别以及自动修补。但是，由于某些因素，比如路面油污、轮胎痕迹、黑斑、树木阴影、光照不均，在确定路面是否存在裂缝时可能会出现误判，此时，裂缝自动修补车没有必要停下来进行修补。但是，现有技术中，车速不会受到裂缝检测结果的反馈或者干预，裂缝自动修补车在出现误判时还是会停下来，从而会耽误不必要的时间，降低修补的效率。
通过控制车辆的行驶速度，保证数据有足够的处理时间，确保车辆与裂缝的相对位置，提供一种适用于路面裂缝自动识别与修补的路面裂缝自动识别系统。此外，裂缝修补装置能自动检测裂缝并判别其类型，再根据裂缝类型采取有效措施进行裂缝修补。在有效针对裂缝进行修补的同时可降低人工成本和材料的浪费。
发明内容
本发明提供一种智能化路面裂缝修补系统，解决了现有技术中车速不会受到裂缝检测结果的反馈或者干预，使得裂缝自动修补车在出现误判时还是会停下来，从而降低修补效率的技术问题。
本发明提供的基础方案为：一种智能化路面裂缝修补系统，包括：
二维模块，用于实时采集路面二维图像；
三维模块，用于采集裂缝三维数据；
识别模块，用于对路面二维图像进行分析，判断路面是否存在裂缝，并在路面存在裂缝时确定裂缝的位置信息；
控制模块，用于在路面存在裂缝时，发送采集裂缝三维数据的控制信号，发送降低车速的控制信号；发送开槽的控制信号，发送除尘的控制信号，发送修补的控制信号；
立体模块，用于根据裂缝三维数据建立裂缝立体模型，根据裂缝立体模型对裂缝进行分类，并获取裂缝的几何参数；
处置模块，用于根据路面裂缝识别反馈的结果对路面裂缝进行扩槽等处理；
除尘模块，用于根据除尘的控制信号对开槽后的路面进行清理；
修补模块，用于根据修补的控制信号对裂缝进行修补。
本发明的工作原理及优点在于：通过路面二维图像主导路面裂缝的识别过程，只有在路面二维图像检测到裂缝出现时，才会采集三维数据，这样可以减少数据量，提高运算速度。也就是说，当二维图像数据分析结果为无裂缝时，车辆继续正常行驶；当二维图像数据分析结果为有裂缝时，控制车辆进行制动，降低车速，同时对二维图像数据判定为有裂缝的区域进行三维信息采集。然后，根据采集的三维信息数据进行三维建模，对裂缝进行分类，并获取三维裂缝的几何参数。通过这样的方式，可以根据裂缝的类型选取修补方法，得到三维裂缝的几何参数也有利于对需要注入裂缝的材料用量进行预先估计。现有技术中，路面裂缝检测识别易受车速影响，以及图像分析容易出现误判；在本方案中，集智能扫描识别到自动修补作业于一体，解决了当前路面裂缝修补人工成本高、效率低、耗时长、智能化程度低、修补耐久性差等问题，也提高了公路养护过程交通安全。
本发明只有当二维图像数据分析结果为有裂缝时才降低车速，解决了现有技术中车速不会受到裂缝检测结果的反馈或者干预，使得裂缝自动修补车在出现误判时还是会停下来，从而降低修补效率的技术问题。
进一步，处置模块包括液压升降杆、铣刨刀头、开槽轮和挡泥板，开槽轮位于挡泥板下方，铣刨刀头固定在开槽轮上，铣刨刀头沿开槽轮环向分布；挡泥板上方安装有液压升降杆，液压升降杆控制开槽的深度。
有益效果在于：通过这样的设计，可沿着裂缝的走向和形状开出规整的凹槽，同时便于清除裂缝壁面上影响粘结效果的杂质、碎屑，从而提高修补材料与路面壁面的粘结强度。
进一步，除尘模块包括储气罐、高压热气喷头和高压热风机，储气罐的出气口连接高压热风机的进气口，高压热风机的出气口连接高压热气喷头。
有益效果在于：通过这样的设计，用温度较高的压缩空气对裂缝进行吹扫，可以有效地吹净裂缝中的灰尘、碎屑和杂物；而且，还能干燥裂缝内的潮气和水分，使得裂缝壁面具有适当的施工温度，从而极大地提高裂缝的填封效果。
进一步，修补模块包括第一车腔、第二车腔、阀门、加热仓、加热保温板、3D打印机、机械臂、3D打印喷头，第一车腔内储存有修补材料，第二车腔内储存有金刚砂；阀门连接第一车腔与加热舱，加热保温板固定在加热舱底部；3D打印机位于加热舱中，机械臂连接3D打印机与3D打印喷头。
有益效果在于：通过这样的设计，采用3D打印技术进行裂缝修补，在施工时逐层打印、即时成型，可在极短时间内开放交通；相较于传统的灌缝技术，需要的冷却、固化时间短，对交通影响较小。
进一步，除尘模块还包括若干个毛刷。
有益效果在于：通过这样的设计，可对铣刨后的路面进行初步清扫，预先去除掉体积较大的灰尘、碎屑和杂物，从而提高扫吹的效果。
进一步，若裂缝宽度小于、等于3mm，采用无损打印修补技术处理，具体如下：
A1、将裂缝清理干净；
A2、根据裂缝立体模型以及几何参数计算所需要的修补材料用量数据；
A3、根据材料用量数据提取修补材料，并对提取的修补材料进行预处理；
A4、逐层打印，完成裂缝的修补。
有益效果在于：通过这样的方式，在裂缝宽度较小时不进行开槽，既可以确保良好的裂缝处置效果，又可以避免对路面的二次损伤。
进一步，若裂缝宽度大于3mm，采用开槽打印技术修补技术处理，具体如下：
B1、对裂缝进行开槽；
B2、对开槽后的裂缝进行清理；
B3、逐层打印，进行裂缝修补。
有益效果在于：通过这样的方式，在裂缝宽度较大时进行开槽处理，可以提高裂缝的填封效果，确保修补后的粘结强度和粘结力得到提高，从而提高路面整体性。
进一步，对开槽后的裂缝进行清理具体为：先通过毛刷进行第一次清理，后通过高温、高压空气进行第二次吹扫。
有益效果在于：通过这样的方式，可以预先除掉体积较大的灰尘、碎屑和杂物，便于后续有效地吹净裂缝中的灰尘、碎屑和杂物。
进一步，修补完毕后，在路面上铺设金刚砂。
有益效果在于：通过这样的方式，可以提高路面的抗滑系数，确保修补后的路面的抗滑性满足要求。
进一步，通过压缩空气将缝隙中的杂物和灰尘吹走。
有益效果在于：通过这样的方式，成本低廉、便于实现。
附图说明
图1为本发明一种智能化路面裂缝修补系统实施例的系统结构框图。
图2为本发明一种智能化路面裂缝修补系统实施例的裂缝自动识别修补车的结构示意图。
图3为本发明一种智能化路面裂缝修补系统实施例开槽装置的结构示意图。
图4为本发明一种智能化路面裂缝修补系统实施例吹扫装置的结构示意图。
图5为本发明一种智能化路面裂缝修补系统实施例裂缝宽度小于、等于3mm的修补示意图。
图6为本发明一种智能化路面裂缝修补系统实施例裂缝宽度大于3mm的修补示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
说明书附图中的附图标记包括：二维扫描探头1、三维扫描探头2、驾驶室3、开槽装置4、液压升降杆4-1、铣刨刀头4-2、开槽轮4-3、挡泥板4-4、除尘装置5、吹扫装置6、储气罐6-1、高压热气喷头6-2、高压热风机6-3、B车腔7、B车腔出料口8、B车腔阀门9、加热保温板10、加热舱11、A滑动板12、3D打印喷头13、B滑动板14、机械臂15、3D打印机16、A车腔阀门17、A车腔18、计算机装置19、帖缝20、裂缝21、沥青路面22、开槽23。
实施例1
本发明一种智能化路面裂缝修补系统实施例基本如附图1所示，包括：
二维模块，用于实时采集路面二维图像；
三维模块，用于采集裂缝三维数据；
识别模块，用于对路面二维图像进行分析，判断路面是否存在裂缝，并在路面存在裂缝时确定裂缝的位置信息；
控制模块，用于在路面存在裂缝时，发送采集裂缝三维数据的控制信号，发送降低车速的控制信号；发送开槽的控制信号，发送除尘的控制信号，发送修补的控制信号；
立体模块，用于根据裂缝三维数据建立裂缝立体模型，根据裂缝立体模型对裂缝进行分类，并获取裂缝的几何参数；
处置模块，用于根据路面裂缝识别反馈的结果对路面裂缝进行扩槽等处理；
除尘模块，用于根据除尘的控制信号对开槽后的路面进行清理；
修补模块，用于根据修补的控制信号对裂缝进行修补。
本实施例中，采用裂缝自动识别修补车来实施路面裂缝的修补，如附图2所示，二维扫描探头1安装在车顶前部，在车辆行驶过程中将采集到的二维图像传输到计算机装置19进行图像预处理、裂缝识别，计算机装置19根据裂缝的有无对车速和三维扫描探头2进行控制。
当二维图像数据分析结果为无裂缝时，车辆继续正常行驶；当二维图像数据分析结果为有裂缝时，计算机装置19对车辆控制进行制动，降低车速，同时开启位于车辆底部的三维扫描探头2，对二维图像数据判定为有裂缝的区域进行三维信息数据采集，并将采集到的三维信息数据传输到计算机装置19进行数据处理、裂缝信息提取、模型重构、三维裂缝参数计算和裂缝分类，并将二维与三维图像数据的分析结果储存，建立路面裂缝修补的三维模型。
三维图像数据的分析结果会同步显示在用户操作界面，当二维图像分析结果为有裂缝、而三维图像数据的分析结果为无裂缝时，位于驾驶室3的用户操作界面将显示“误判”，用户可控制车辆正常行驶。根据建立的路面裂缝修补的三维模型得到的裂缝参数主要包括：裂缝的最大深度、平均深度、裂缝长度、最大宽度、交差裂缝分布区域面积等。计算机装置19根据裂缝参数以及路面裂缝修补的三维模型对裂缝进行分类，并对需要注入的3D打印材料用量进行预估。
开槽装置4由液压升降杆4-1、铣刨刀头4-2、开槽轮4-3、挡泥板4-4构成，如附图3所示，开槽轮4-3位于挡泥板4-4下方位置，液压升降杆4-1位于挡泥板4-4上方，并可以控制开槽的深度。开槽装置4通过链条悬挂于车底连接杆上，并且内置有驱动电机，驱动电机带动开槽装置4在连接杆上通过链条左右移动，并可任意旋转开槽角度。当切割横向裂缝时，开槽装置4与车辆前行方向近乎垂直，在电机驱动下从一侧铣刨到另一侧；当切割纵向裂缝时，开槽装置4与车辆前进方向平行，横向锁定于裂缝位置处，车辆前进的同时对裂缝进行切割。
除尘装置5设置在开槽装置4后面，由数个毛刷组成，对铣刨后的路面进行初步清扫。吹扫装置6位于除尘装置5之后，由储气罐6-1、高压热气喷头6-2、高压热风机6-3构成，如附图4所示。储气罐6-1的出气口连接高压热风机6-3的进气口，高压热风机6-3的出气口连接高压热气喷头6-2。其中，高压热气喷头6-2喷射的热风温度为300～400℃，热风压力为4～5kPa。通过热空气吹扫清理具体为，用温度较高的压缩空气对裂缝进行吹扫，吹净裂缝中的灰尘、碎屑和杂物，同时干燥裂缝内的潮气和水分，使裂缝壁面具有适当的施工温度。
A车腔18储存有裂缝修补材料，修补料为适用于沥青路面裂缝修补的3D打印专用材料。A车腔18通过A车腔阀门17与加热舱11相连，加热舱11底部为加热保温板10。3D打印机16位于加热舱11中，3D打印机16通过机械臂15连接3D打印喷头13，从而进行沥青路面裂缝修补作业。
若路面裂缝宽度在3mm以内，可采用无损打印修补技术处理，也即采用不开槽贴缝式修补构造。修补之前先使用吹扫装置6将微细裂缝清理干净，通过压缩空气将缝隙中的杂物和灰尘吹走，然后计算机装置19向3D打印机16发送沥青路面裂缝的三维立体模型及经过精确计算的材料用量数据。3D打印机16根据材料用量数据向A车腔18发送用料请求，接着3D打印专用材料通过A车腔阀门17进入加热舱11，通过加热舱11内的3D打印机16进行材料成型，最后3D打印喷头13进行逐层打印、修补。
3D打印机16和3D打印喷头13通过机械臂15连接，3D打印喷头13固定于车底连接杆上，通过A滑动板12和B滑动板14分别获得x、y方向的位移，可以在任意方向对裂缝进行修补。修补后路面状态如附图5所示，图中沥青路面22上有帖缝20、裂缝21，裂缝21填充完毕后，还需要进行帖缝20作业，也即打印材料稍微超出路面，以形成“盖帽”效果。
若裂缝宽度大于3mm，则采用开槽打印技术修补裂缝，也即开槽后采用3D打印喷头13分层进行3D打印。具体操作过程为，首先开槽装置4对裂缝进行开槽，然后除尘装置5对裂缝进行第一次清洗处理，吹扫装置6对裂缝进行第二次清理处理，最后3D打印喷头13对开槽进行贴缝处理，其中裂缝封闭形式采用标准槽贴缝式修复结构。修补后路面状态如附图6所示，图中沥青路面22上有帖缝20、裂缝21和开槽23，裂缝21和开槽23填充完毕后，还需要进行帖缝20作业。3D打印喷头13有4个大小不同的喷头，可分别适用于不同宽度的裂缝3D打印修补和金刚砂的3D打印，并可以通过驾驶室3进行切换。
实施例2
与实施例1不同之处仅在于，B车腔7储存有金刚砂，用以增强修补后裂缝的抗滑性。若修补后的路面抗滑性不满足要求，金刚砂从B车腔出料口8和B车腔阀门9流出，铺设在路面上以提高抗滑系数。
实施例3
与实施例2不同之处仅在于，二维扫描探头共有两个，包括探头A和探头B，安装在车辆头上；探头A和探头B位于同一直线，且与车辆前进的方向相同。在本实施例中，探头A和探头B的偏转角度可以在30～60度之间变化，偏转角度是指探头发射的光线与垂直路面的直线之间的夹角，探头向车辆前方偏转，偏转角为正。
初始时，探头A和探头B的偏转角均为30度，在车辆向前行驶的过程中，实时检测车辆的行驶速度，并将检测到车辆的行驶速度发送到服务器。如果车辆的行驶速度在0～30km/h之间，服务器发送信号到控制系统，使得探头A和探头B的偏转角均保持30度不变；如果车辆的行驶速度在30～45km/h之间，服务器发送信号到控制系统，使探头B发生偏转，直到偏转角为60度，并保持60度不变。
如果车辆的行驶速度大于45km/h，服务器发送信号到控制系统，使得探头A的偏转角，先从30度逐渐变为60度，后从60度逐渐变为30度，也即探头A的偏转角的变化规律为“30～60～30”，周期循环；与此同时，使得探头B的偏转角，先从60度逐渐变为30度，后从30度逐渐变为60度，也即探头B的偏转角的变化规律为“60～30～60”，周期循环。通过这样的方式，可以确保拍摄的图片不发生畸变，同时延长了路面成像的时间，避免了图像大范围的变化。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种智能化路面裂缝修补系统，其特征在于，包括：
二维模块，用于实时采集路面二维图像；
三维模块，用于采集裂缝三维数据；
识别模块，用于对路面二维图像进行分析，判断路面是否存在裂缝，并在路面存在裂缝时确定裂缝的位置信息；
控制模块，用于在路面存在裂缝时，发送采集裂缝三维数据的控制信号，发送降低车速的控制信号；发送开槽的控制信号，发送除尘的控制信号，发送修补的控制信号；
立体模块，用于根据裂缝三维数据建立裂缝立体模型，根据裂缝立体模型对裂缝进行分类，并获取裂缝的几何参数；
处置模块，用于根据路面裂缝识别反馈的结果对路面裂缝进行扩槽等处理；
除尘模块，用于根据除尘的控制信号对开槽后的路面进行清理；
修补模块，用于根据修补的控制信号对裂缝进行修补。
2.如权利要求1所述的智能化路面裂缝修补系统，其特征在于，处置模块包括液压升降杆、铣刨刀头、开槽轮和挡泥板，开槽轮位于挡泥板下方，铣刨刀头固定在开槽轮上，铣刨刀头沿开槽轮环向分布；挡泥板上方安装有液压升降杆，液压升降杆控制开槽的深度。
3.如权利要求2所述的智能化路面裂缝修补系统，其特征在于，除尘模块包括储气罐、高压热气喷头和高压热风机，储气罐的出气口连接高压热风机的进气口，高压热风机的出气口连接高压热气喷头。
4.如权利要求3所述的智能化路面裂缝修补系统，其特征在于，修补模块包括第一车腔、第二车腔、阀门、加热仓、加热保温板、3D打印机、机械臂、3D打印喷头，第一车腔内储存有修补材料，第二车腔内储存有金刚砂；阀门连接第一车腔与加热舱，加热保温板固定在加热舱底部；3D打印机位于加热舱中，机械臂连接3D打印机与3D打印喷头。
5.如权利要求4所述的智能化路面裂缝修补系统，其特征在于，除尘模块还包括若干个毛刷。
6.如权利要求5所述的智能化路面裂缝修补系统，其特征在于，若裂缝宽度小于、等于3mm，采用无损打印修补技术处理，具体如下：
A1、将裂缝清理干净；
A2、根据裂缝立体模型以及几何参数计算所需要的修补材料用量数据；
A3、根据材料用量数据提取修补材料，并对提取的修补材料进行预处理；
A4、逐层打印，完成裂缝的修补。
7.如权利要求6所述的智能化路面裂缝修补系统，其特征在于，若裂缝宽度大于3mm，采用开槽打印技术修补技术处理，具体如下：
B1、对裂缝进行开槽；
B2、对开槽后的裂缝进行清理；
B3、逐层打印，进行裂缝修补。
8.如权利要求7所述的智能化路面裂缝修补系统，其特征在于，对开槽后的裂缝进行清理具体为：先通过毛刷进行第一次清理，后通过高温、高压空气进行第二次吹扫。
9.如权利要求8所述的智能化路面裂缝修补系统，其特征在于，修补完毕后，在路面上铺设金刚砂。
10.如权利要求9所述的智能化路面裂缝修补系统，其特征在于，通过压缩空气将缝隙中的杂物和灰尘吹走。
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