CN114779237A - 一种用于道面缝隙检测的移动式检测系统、方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于道面缝隙检测的移动式检测系统、方法，通过在系统承载车上加装定位与控制模块、毫米波雷达和实时处理模块，实现对道面缝隙的移动式检测。通过毫米波雷达进行道路缝隙检测，相比传统的人工检测减少了人工成本，同时提高了检测效率。相比传统的固定式光学检测系统需要布置多个光学系统而言，也降低了检测成本。采用毫米波雷达进行检测，可以对宽度1厘米以下的微小缝隙进行稳定监测，提高了检测的稳定性和全面性。将移动式检测系统加载于系统承载车上，可以全天候进行不间断检测，且不受天气情况影响，提高了检测系统的通用性和稳定性。

Description

一种用于道面缝隙检测的移动式检测系统、方法
技术领域
本发明涉及道面缝隙检测技术领域，具体涉及一种用于道面缝隙检测的移动式检测系统、方法。
背景技术
高速公路、快速公路、机场跑道等道面上，由于降雨、气温变化等原因，易出现裂缝，影响汽车行驶或飞机起降安全。
道面缝隙产生的安全隐患在机场尤为明显，机场飞行区的所有道面(包括：跑道、滑行道、机坪等)均是采用混凝土分块浇灌而成的，在纵向和横向均设置了道面缝，目的是防止温度应力的变形。道面的缝隙必须采用相关材料进行填充并封闭，填充道面缝隙的灌缝料具有相应的有效期，一定年限之后就会失去弹性，裂开并失效，对道面的适用性有极大影响，直接危害到飞行安全。为确保机场道面的质量，保证航班安全，必须对其进行重新灌缝填充。
目前国内无论机场还是高速公路，主要靠人工巡视、靠人眼搜寻需要修补的裂缝，这种方法需要工作人员在快速行驶的车上长时间盯着道面，极易出现遗漏，且在夜晚或恶劣天气情况下，人眼的可靠性更低。
另一种方案是采用光学检测，但光学检测极易受光线影响，且无法装载在高速行驶的汽车上(高速移动时成像易模糊)，如果沿道路铺设大量固定式光学检测设备，成本过高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于道面缝隙检测的移动式检测系统、方法，能够高效率地完成道路缝隙检测并锁定缝隙位置，具有成本低、通用性强的优势。
本发明的技术方案具体如下：
一种用于道面缝隙检测的移动式检测系统，包括：定位与控制模块、毫米波雷达和实时处理模块；所述系统装载于系统承载车上；
所述定位与控制模块用于获取所述系统承载车的实时位置信息，并将所述实时位置信息发送至所述实时处理模块；所述定位与控制模块为所述毫米波雷达提供航向角信息；
所述毫米波雷达用于采集道面场景回波信号，根据所述航向角信息确定采集角度，并将道面场景回波信号发送至所述实时处理模块；
所述实时处理模块用于将所述道面场景回波信号转换成检测图像，并对所述检测图像进行缝隙检测处理，并根据所述实时位置信息确定缝隙位置。
进一步地，所述定位与控制模块为差分卫星导航系统。
进一步地，所述实时处理模块将所述道面场景回波信号转换成检测图像为：所述实时处理模块首先对所述道面场景回波信号进行高分辨合成孔径成像处理，生成合成孔径图像，之后对所述合成孔径图像进行自聚焦算法处理、地杂波抑制算法处理和雨雪杂波抑制算法处理，获得雷达图像作为检测图像。
进一步地，所述系统还包括显控模块，所述显控模块用于显示所述实时处理模块获得的检测图像和缝隙位置，并根据缝隙的严重程度为路面维护人员提供维修顺序和维修路线。
进一步地，所述显控模块还用于根据所述检测图像和所述缝隙位置构建数据库。
进一步地，所述系统还包括电源模块，所述电源模块包括总电模块和子电模块；
所述总电模块用于为所述实时处理模块、所述显控模块和所述子电模块提供220V交流电；所述子电模块用于为所述采集模块和所述定位与控制模块提供24V直流电。
一种用于道面缝隙检测的移动式检测方法，采用装载于系统承载车上的移动式检测系统进行道面缝隙检测；
所述移动式检测系统首先获取实时位置信息和航向角信息，之后通过毫米波雷达采集道面场景回波信号，其中毫米波雷达根据所述航向角信息确定采集角度；
之后，所述移动式检测系统将所述道面场景回波信号转换成检测图像，对所述检测图像进行缝隙检测处理，并根据所述实时位置信息确定缝隙位置。
进一步地，所述道面场景回波信号转换成检测图像的过程为：首先对所述道面场景回波信号进行高分辨合成孔径成像处理，生成合成孔径图像，之后对所述合成孔径图像进行自聚焦算法处理、地杂波抑制算法处理和雨雪杂波抑制算法处理，获得雷达图像作为检测图像。
进一步地，所述根据实时位置信息确定缝隙位置为：根据所述实时位置信息进行投影算法处理、坐标转换算法处理、定位算法处理，实现缝隙高精度定位，获得缝隙的实时位置；
所述实时位置信息包括系统承载车的GPS信息和缝隙的雷达坐标。
有益效果：
(1)一种用于道面缝隙检测的移动式检测系统，通过在系统承载车上加装定位与控制模块、毫米波雷达和实时处理模块，实现对道面缝隙的移动式检测。通过毫米波雷达进行道路缝隙检测，相比传统的人工检测减少了人工成本，同时提高了检测效率。相比传统的固定式光学检测系统需要布置多个光学系统而言，也降低了检测成本。采用毫米波雷达进行检测，可以对宽度1厘米以下的微小缝隙进行稳定监测，提高了检测的稳定性和全面性。将移动式检测系统加载于系统承载车上，可以全天候进行不间断检测，且不受天气情况影响，提高了检测系统的通用性和稳定性。
(2)在一优选实施例中，采用差分卫星导航系统对系统承载车进行实时定位，可以精准的提供系统承载车的经度和纬度信息，提高了检测定位精度和检测准确率。
(3)在一优选实施例中，对合成孔径图像进行自聚焦算法处理、地杂波抑制算法处理和雨雪杂波抑制算法处理，排除了缝隙检测识别过程中的干扰信息，进一步提高了检测效率和检测准确度。
(4)在一优选实施例中，设置显控模块，为路面维护人员提供维修顺序和维修路线，提高了维修效率。同时显控模块根据检测结果即检测图像和缝隙位置构建数据库，可以根据数据库进行后期系统管理或者实时检测比对等，进一步提升了系统的功能性。
附图说明
图1为本发明的一种用于道面缝隙检测的移动式检测系统组成示意图。
图2为本发明的一种用于道面缝隙检测的移动式检测系统工作方式示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种用于道面缝隙检测的移动式检测系统，包括：定位与控制模块、毫米波雷达和实时处理模块；系统装载于系统承载车上。定位与控制模块用于实时获取系统承载车的实时位置信息，并为系统承载车提供运行速度；定位与控制模块将实时位置信息发送至实时处理模块，并为毫米波雷达提供实时位置信息和航向角信息。毫米波雷达用于采集道面场景回波信号，根据航向角信息确定采集角度，并将预处理后的道面场景回波信号发送至实时处理模块。实时处理模块用于将预处理后的道面场景回波信号转换成检测图像，并对检测图像进行缝隙检测处理，并根据实时位置信息确定缝隙位置。本发明的移动式检测系统相比传统的人工检测减少了人工成本，同时提高了检测效率。相比传统的固定式光学检测系统需要布置多个光学系统而言，也降低了检测成本。将移动式检测系统加载于系统承载车上，可以全天候进行不间断检测，且不受天气情况影响，提高了检测系统的通用性和稳定性。
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
一种用于道面缝隙检测的移动式检测系统，包括：定位与控制模块、毫米波雷达和实时处理模块；系统装载于系统承载车上。定位与控制模块用于实时获取系统承载车的实时位置信息，并为系统承载车提供运行速度；定位与控制模块将实时位置信息发送至实时处理模块，并为毫米波雷达提供实时位置信息和航向角信息。毫米波雷达用于采集道面场景回波信号，根据航向角信息确定采集角度，并将预处理后的道面场景回波信号发送至实时处理模块。实时处理模块用于将预处理后的道面场景回波信号转换成检测图像，并对检测图像进行缝隙检测处理，并根据实时位置信息确定缝隙位置。
实时处理模块将预处理后的道面场景回波信号转换成检测图像为：实时处理模块首先对预处理后的道面场景回波信号进行高分辨合成孔径成像处理，生成合成孔径图像，之后对合成孔径图像进行自聚焦算法处理、地杂波抑制算法处理和雨雪杂波抑制算法处理，获得雷达图像作为检测图像。
移动式检测系统还包括显控模块，显控模块用于显示实时处理模块获得的检测图像和缝隙位置，并根据缝隙的严重程度为路面维护人员提供维修顺序和维修路线。
移动式检测系统还包括电源模块，电源模块包括总电模块和子电模块。总电模块用于为实时处理模块、显控模块和子电模块提供220V交流电；子电模块用于为采集模块和定位与控制模块提供24V直流电。在具体实施过程中，电源模块可以单独安装于系统承载车上，也可以采用系统承载车自身的供电单元实现电源模块的功能，这里不做限制。
如图1所示，为本发明的移动式检测系统的一具体实施例。其中采集模块为毫米波雷达即图1中的微波雷达。定位与控制模块为差分卫星导航系统，包括差分站和基站；差分站安装于系统承载车上，基站设置于室外空旷地面。显控模块即图1中的显控终端为计算机。实时处理模块即图1中的实时处理机为计算机，总电模块即图1中的电源模块，子电模块即图1中的电源子模块。
毫米波雷达主要负责采集道面场景回波信号，具体包括宽带信号生成、调制、发射、接收、信号去斜、采集、预处理等功能；毫米波雷达通过千兆以太网接受显控终端的指令来实现工作流程控制，并通过千兆以太网将预处理回波数据发送给实时处理机。此外，毫米波雷达与差分卫星导航设备中的差分站通过RS422串口连接通信，实时接收导航差分站上传的导航信息(经度、纬度、速度、航向角)。
实时处理机通过千兆以太网接收毫米波雷达上传的预处理回波数据，对预处理回波信号进行实时处理，首先做高分辨合成孔径成像处理，基于合成孔径图像，进行自聚焦算法处理、地杂波抑制算法处理、雨雪杂波抑制算法处理，生成一副无干扰的雷达图像，基于此做缝隙检测处理，同时通过机器学习，对场景中的绿化带、过往车辆等干扰目标进行剔除。最后基于导航GPS信息和缝隙的雷达坐标，做投影算法处理、坐标转换算法处理、定位算法处理，实现缝隙高精度定位，最后将处理结果发送给显控终端。
显控终端提供用户操作界面，通过千兆以太网控制毫米波雷达工作流程，通过千兆以太网接收实时处理机上传的道面缝隙检测及定位处理结果并显示，规划导航路线引导用户前往道面缝隙位置，通过RS422串口接收导航设备上传的实时导航信息并实时显示移动平台所在位置，并提供历史信息管理等功能。
差分卫星导航包括差分站和基站两部分，差分站安装在移动平台上，基站安装在室外某固定空旷位置。差分卫星导航可提供合成孔径成像处理需要的平台速度、航向角信息，以及辅助道面缝隙高精度定位和平台实时位置的经度、纬度信息。卫星导航设备的差分站通过RS422串口分别与毫米波雷达和显控终端进行实时数据通信。
电源模块中的总电源模块为实时处理机、显控终端、电源子模块提供220V交流市电，电源子模块为毫米波雷达和卫星导航差分站提供24V直流电。
本实施例的具体工作流程为：
1、电源模块启动，系统上电，移动平台开始沿道面边缘行驶；
2、毫米波雷达与显控终端、显控终端与实时处理机、实时处理机与毫米波雷达建立网络连接；
3、差分卫星导航与显控终端和毫米波雷达建立串口连接；
4、显控终端对毫米波雷达下发启动工作指令；
5、毫米波雷达启动工作，射频模块发射并接收信号，基带处理模块对回波信号做预处理并和实时导航数据进行打包，通过以千兆太网将打包结果发送给实时处理机；
6、实时处理机对接收数据进行高分辨合成孔径成像、自聚焦算法处理、地杂波去除算法处理、雨雪杂波抑制算法处理、缝隙检测处理、非缝隙干扰目标剔除算法处理(利用机器学习，识别出场景中的绿化带、过往车辆等干扰)，并利用数据包中的历史GPS数据、目标在雷达成像上的坐标(R和θ)，通过投影算法、坐标转换算法和定位算法处理，实现对检测到的缝隙进行高精度定位；其中检测初期没有历史GPS数据则采用实时获取的位置信息进行定位等操作，检测后期获取到了历史GPS数据时，则可以根据历史GPS数据进行相关操作或者利用历史GPS数据对实际检测结果进行检测或者校准等。
7、实时处理机将合成孔径成像结果、缝隙检测结果、缝隙高精度定位结果发送给显控终端进行展示，精准显示缝隙和车辆相对位置，并自动评定缝隙大小和严重性；
8、规划导航路线，指引用户前往缝隙位置确认处理；
9、将检测结果和定位结果存储到数据库中，用于后期管理。
本发明与现有道面缝隙检测方法相比显著优势主要有4点：
(1)检测效率高
如果靠人工步行寻找道面缝隙，虽可保证检测准确性，但对于一条4km长、50m宽的路面，即便10个人并排前进搜索，也需要40分钟以上才能完成整个路面的检查；而本系统的车辆行驶速度最大可达到80km/h，对于一条4km长、50m宽的路面，只需要3分钟即可完成对整个道面的准确检测，极大的节约了检测时间，提高了检测效率。
(2)检测准确性高
如果检查人员开车寻找道面缝隙，虽提升了检测效率，但在高速行驶的汽车上纯靠肉眼盯着道面，极容易出现遗漏，导致很多缝隙不能及时被发现；而本系统通过毫米波雷达成像，对宽度1cm以上的微小缝隙可以稳定检测，检测率在99.9％以上。
(3)全天时、全天候
现有光学检测系统在晴天、白天时检测可靠，但在夜间或是阴雨天气时检测并不稳定，检测能力大幅下降；本系统基于毫米波雷达检测原理，不受光线影响，可以实现全天时、全天候的稳定检测。
(4)成本低
相较于沿道路铺设大量光学检测设备而言，本发明仅需要一套系统设备即可实现对整条道路的准确检测，有效的降低成本。
根据上述一种用于道面缝隙检测的移动式检测系统，本发明还提供了一种用于道面缝隙检测的移动式检测方法，其特征在于，采用装载于系统承载车上的移动式检测系统进行道面缝隙检测。
移动式检测系统首先获取实时位置信息和航向角信息，之后通过毫米波雷达采集道面场景回波信号，其中毫米波雷达根据航向角信息确定采集角度；
之后，移动式检测系统将所述道面场景回波信号转换成检测图像，对检测图像进行缝隙检测处理，并根据实时位置信息确定缝隙位置。
其中，道面场景回波信号转换成检测图像的过程为：首先对道面场景回波信号进行高分辨合成孔径成像处理，生成合成孔径图像，之后对合成孔径图像进行自聚焦算法处理、地杂波抑制算法处理和雨雪杂波抑制算法处理，获得雷达图像作为检测图像。
根据实时位置信息确定缝隙位置为：根据实时位置信息进行投影算法处理、坐标转换算法处理、定位算法处理，实现缝隙高精度定位，获得缝隙的实时位置；
实时位置信息包括系统承载车的GPS信息和缝隙的雷达坐标。
本发明提供的一种用于道面缝隙检测的移动式检测方法，在一具体实施例中，移动式检测系统包括定位与控制模块、毫米波雷达和实时处理模块。
以上的具体实施例仅描述了本发明的设计原理，该描述中的部件形状，名称可以不同，不受限制。所以，本发明领域的技术人员可以对前述实施例记载的技术方案进行修改或等同替换；而这些修改和替换未脱离本发明创造宗旨和技术方案，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于道面缝隙检测的移动式检测系统，其特征在于，包括：定位与控制模块、毫米波雷达和实时处理模块；所述系统装载于系统承载车上；
所述定位与控制模块用于获取所述系统承载车的实时位置信息，并将所述实时位置信息发送至所述实时处理模块；所述定位与控制模块为所述毫米波雷达提供航向角信息；
所述毫米波雷达用于采集道面场景回波信号，根据所述航向角信息确定采集角度，并将道面场景回波信号发送至所述实时处理模块；
所述实时处理模块用于将所述道面场景回波信号转换成检测图像，并对所述检测图像进行缝隙检测处理，并根据所述实时位置信息确定缝隙位置。
2.如权利要求1所述的移动式检测系统，其特征在于，所述定位与控制模块为差分卫星导航系统。
3.如权利要求1所述的移动式检测系统，其特征在于，所述实时处理模块将所述道面场景回波信号转换成检测图像为：所述实时处理模块首先对所述道面场景回波信号进行高分辨合成孔径成像处理，生成合成孔径图像，之后对所述合成孔径图像进行自聚焦算法处理、地杂波抑制算法处理和雨雪杂波抑制算法处理，获得雷达图像作为检测图像。
4.如权利要求1所述的移动式检测系统，其特征在于，所述系统还包括显控模块，所述显控模块用于显示所述实时处理模块获得的检测图像和缝隙位置，并根据缝隙的严重程度为路面维护人员提供维修顺序和维修路线。
5.如权利要求4所述的移动式检测系统，其特征在于，所述显控模块还用于根据所述检测图像和所述缝隙位置构建数据库。
6.如权利要求4所述的移动式检测系统，其特征在于，所述系统还包括电源模块，所述电源模块包括总电模块和子电模块；
所述总电模块用于为所述实时处理模块、所述显控模块和所述子电模块提供220V交流电；所述子电模块用于为所述采集模块和所述定位与控制模块提供24V直流电。
7.一种用于道面缝隙检测的移动式检测方法，其特征在于，采用装载于系统承载车上的移动式检测系统进行道面缝隙检测；
所述移动式检测系统首先获取实时位置信息和航向角信息，之后通过毫米波雷达采集道面场景回波信号，其中毫米波雷达根据所述航向角信息确定采集角度；
之后，所述移动式检测系统将所述道面场景回波信号转换成检测图像，对所述检测图像进行缝隙检测处理，并根据所述实时位置信息确定缝隙位置。
8.如权利要求7所述的移动式检测方法，其特征在于，所述道面场景回波信号转换成检测图像的过程为：首先对所述道面场景回波信号进行高分辨合成孔径成像处理，生成合成孔径图像，之后对所述合成孔径图像进行自聚焦算法处理、地杂波抑制算法处理和雨雪杂波抑制算法处理，获得雷达图像作为检测图像。
9.如权利要求7所述的移动式检测方法，其特征在于，所述根据实时位置信息确定缝隙位置为：根据所述实时位置信息进行投影算法处理、坐标转换算法处理、定位算法处理，实现缝隙高精度定位，获得缝隙的实时位置；
所述实时位置信息包括系统承载车的GPS信息和缝隙的雷达坐标。
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