CN114935776A - 一种道路检查井井盖的监测分析系统及监测分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种道路检查井井盖的监测分析系统，包括数据分析平台和安装于道路两侧的固定物上的前端监测设备；所述前端监测设备包括定位模块、监控模块、测量模块、数据传输模块和控制模块；所述数据分析平台包括数据接收模块、状态评估模块和报警模块。本发明还公开了基于上述道路检查井井盖的监测分析系统的监测分析方法。本发明实现了对井盖高差的实时监测和分析，提高了井盖高差测量的效率和结果准确性，保证了病害发生的报警反馈和处理时效。

Description

一种道路检查井井盖的监测分析系统及监测分析方法
技术领域
本发明涉及道路检查井监测技术领域，特别涉及一种道路检查井井盖的监测分析系统及监测分析方法。
背景技术
城镇道路工程中的各类管线大多设置于道路下方，且每隔一定的距离需设置一个检查井，因此，在平整的路面上存在着大量的井口和井盖。在行车荷载作用、检查井与路面差异沉降等因素影响下，检查井往往存在井盖缺失、凹陷、凸起、倾斜等问题，从而导致井周路面与检查井之间存在高差，衔接不紧密、不平顺，影响行车舒适性甚至引发交通事故。按照行业标准《城镇道路工程施工与质量验收规范》（CJJ 1-2008）的规定，井框与路面高差理论上应不大于5mm。而实际工程中，部分道路检查井的竖向沉降值已远大于5mm，其中最大值甚至超过50mm。
现有的井盖高差检测方法主要有：一、传统的人工测量，通过人眼观察并采用直尺与钢塞尺对井盖高差进行测量。二、车载激光扫描设备的方式，检测时驾驶搭载激光扫描设备的车辆经过井盖顶部，激光扫描设备对井盖及井周路面进行扫描，进而算出高差。
人工测量效率低误差大，费时费力，而且在行车道路上进行测量还会阻断交通、给测量人员带来安全隐患。车载激光扫描设备的测量方式要求激光扫描设备扫过井盖顶部，所以需要提前观察井盖位置进而驾驶车辆经过井盖顶部，存在一定的安全隐患，同时井盖在道路的位置和激光扫描设备在工作车辆上的安装位置都对这种测量方式有一定的限制。该方法没有实现无人化作业，仍需要人工充当司机以及视察井盖位置。
上述两种方法都属于对井盖高差的定期检测，没有实现对井盖高差的实时监测和分析，时效性不足。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种道路检查井井盖的监测分析系统，实现了对井盖高差的实时监测和分析，提高了井盖高差测量的效率和结果准确性，保证了病害发生的报警反馈和处理时效。
本发明的另一目的在于提供基于上述道路检查井井盖的监测分析系统的监测分析方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种道路检查井井盖的监测分析系统，包括数据分析平台和安装于道路两侧的固定物上的前端监测设备；
所述前端监测设备包括：
定位模块，用于确定前端监测设备和检查井的空间定位信息；
监控模块，用于自动识别监测范围内的道路检查井井口和井盖的位置及识别井盖是否存在；
测量模块，用于对井盖高程进行测量；
数据传输模块，用于将监测数据传输至数据分析平台；
控制模块，用于对监控模块、测量模块、数据传输模块发送控制指令；
所述数据分析平台包括：
数据接收模块，用于实时接收监测数据；
状态评估模块，用于整理分析监测数据，并评估当前井盖安全状态是否达到危险预警阈值；
报警模块，用于在井盖安全状态达到危险预警阈值时，对目标井盖进行危险报警处理。
优选的，所述定位模块包括GPS定位器和角度传感器。
优选的，所述监控模块包括监控仪和图像识别系统。
优选的，所述监控模块包括环境感知系统，用于获取目标井盖的环境参数；所述环境参数包括天气情况、光照强度、车辆遮挡情况。
优选的，所述测量模块包括激光测距仪。
基于所述的道路检查井井盖的监测分析系统的道路检查井井盖的监测分析方法，包括以下步骤：
将前端监测设备安装于道路两侧的固定物上，记录前端监测设备的定位信息；对健康状态的井盖及井盖周边的高程进行测量，并将此数据作为基准数据保存于系统；
监控模块对井盖及井盖周边进行拍照，图像识别系统对所生成的图片进行井盖识别，若识别到井盖不存在，则将危险信号发送至数据分析平台并报警；若井盖存在，则获取井盖的准确分布信息，并根据监测范围内的井盖个数m划分为m个测量范围；所述测量范围包括一个井盖及其周边的区域；m大于或等于1；
测量模块对测量范围内的点进行高差测量，所述高差测量的步骤为：设测量模块所在的点为O，当井盖处于健康状态时，激光测距仪对井盖上的点A0进行距离测量，得到距离l 0 ，此时通过定位模块测得OA0与竖直方向的夹角为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，则健康状态下点A0与点O的竖向距离
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
；若井盖发生病害，点A0变动到点A1，此时通过定位模块测得OA1与竖直方向的夹角为
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，则点A1与点O的竖向距离
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
；则可得井盖上点A0变动到点A1的高差
Figure DEST_PATH_IMAGE005
；
状态评估模块判断高差是否超过危险预警阈值，若是，报警模块发出危险警报，警报信息包括病害井盖的位置信息和病害信息。
优选的，所述测量范围为包括目标井盖在内的方形区域；所述方形区域的边长为1.5~1.8 米。
优选的，所述的道路检查井井盖的监测分析方法，包括以下步骤：
在正式监测前，对所有需要监测的检查井首先按照地市街道进行编码并生成ID，同时将井盖信息录入系统；所述井盖信息包括位置、类型、尺寸、材质和ID。
优选的，需要监测的每个检查井至少位于两个监控模块的监测范围内。
优选的，所述定位信息包括前端监测设备的经度、纬度、高程、水平转角和竖向转角。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
（1）本发明的道路检查井井盖的监测分析系统，前端监测设备设于道路两侧的固定物上，如路灯灯杆或其他建(构)筑物上方，电源获取便利，维修维护方便，并且一台前端监测设备可实现对其监测范围内的多个检查井实施监测。
（2）本发明的道路检查井井盖的监测分析系统及方法，通过机器视觉代替人眼识别检查井、井盖位置，识别井盖是否存在，还能进行井盖缺失报警。
（3）本发明的道路检查井井盖的监测分析系统及方法，通过激光测距技术代替传统钢尺或直尺实现井盖高差测量，当井盖高差值超过阈值时进行报警处理。
（4）本发明的道路检查井井盖的监测分析系统及方法，实现了对井盖高差的实时监测和分析，以及全过程的无人化、智能化，从而避免了检测人员的工作危险且不阻断交通，提高了井盖高差测量的效率和结果准确性，保证了病害发生的报警反馈和处理时效。
附图说明
图1为本发明的实施例的道路检查井井盖的监测分析系统的组成示意图。
图2为本发明的实施例的道路检查井井盖的监测分析方法中，以井盖凹陷为例，进行的高差测量过程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本发明的实施例的道路检查井井盖的监测分析系统，包括数据分析平台和安装于道路两侧的固定物上的前端监测设备；
所述前端监测设备包括：
定位模块，用于确定前端监测设备和检查井的空间定位信息；
监控模块，用于自动识别监测范围内的道路检查井井口和井盖的位置及识别井盖是否存在；
测量模块，用于对井盖高程进行测量；
数据传输模块，用于将监测数据传输至数据分析平台；
控制模块，用于对监控模块、测量模块、数据传输模块发送控制指令；控制监控模块和测量模块实现其水平和竖向的任意转角以及对应的监控和测量功能，控制数据传输模块实时传输监测数据；
所述数据分析平台包括：
数据接收模块，用于实时接收监测数据；
状态评估模块，用于整理分析监测数据，并评估当前井盖安全状态是否达到危险预警阈值；
报警模块，用于在井盖安全状态达到危险预警阈值时，对目标井盖进行危险报警处理。
在本发明的一个实施例中，前端监测设备为n个，n大于1。
在本发明的一个实施例中，定位模块包括GPS定位器和角度传感器，GPS定位器根据系统内前端监测设备、井盖的定位信息，引导监控模块自动跟踪井盖坐标，且测量模块在对井盖高差测量时，GPS定位器可对测点位置实现准确定位；角度传感器可实时得到水平转角和竖向转角。
在本发明的一个实施例中，监控模块包括监控仪、环境感知系统和图像识别系统，监控仪通过接收GPS定位器的电信号跟踪目标井盖位置；环境感知系统获取目标井盖的当前环境参数，包括：当前天气情况、光照强度、车辆遮挡情况等；根据当前环境参数确定监控仪的拍摄参数，包括：拍摄装置的成图比例和图片分辨率等；此时监控仪拍下当前图片，图像识别系统对图片进行处理和识别，若识别到井盖不存在则直接将危险信号发送至数据分析平台并报警，若识别到井盖存在，则获取目标井盖的准确分布信息，并根据目标井盖的准确分布信息对目标井盖划分测量范围；所述测量范围包括目标井盖及其周边的区域；具体为包括目标井盖在内的方形区域；所述方形区域的边长为1.5 m。
在本发明的一个实施例中，监控模块可对监控范围内的m个目标井盖进行实时监控，m大于等于1；进一步的，监控模块可对监控范围内的每个目标井盖划分其所对应的测量范围。
在本发明的一个实施例中，图像识别系统是基于预先训练的井盖识别模型对井盖图像数据进行井盖安全状态识别，对井盖识别模型的预先训练是通过大量井盖存在和缺失的样本图像数据实现井盖识别模型的深度自主学习，所训练识别的井盖特征信息包括井盖边缘特征信息、井盖表面特征信息、井盖缺失时井口特征信息等。
在本发明的一个实施例中，测量模块包括激光测距仪，根据监控模块划分的测量范围进行测点布置并测量高程；测量模块根据环境感知系统获取的环境参数，当井盖存在物体或车辆遮挡时自动暂时中断测量，物体或车辆移开后自动继续测量。
在本发明的一个实施例中，数据传输模块将监测数据实时无线传输至数据接收模块，状态评估模块对实时监测数据和基准数据进行比对分析，并计算出各测点的高差和水平移位距离，进而根据预先设定的阈值对井盖当前状态进行评估，当状态评估为危险时进行报警处理。
在本发明的实施例中，基于上述的道路检查井井盖的监测分析系统的道路检查井井盖的监测分析方法，具体如下：
步骤(1)，对所有需要监测的检查井首先按照地市街道进行编码并生成ID，同时将井盖精确位置、类型、尺寸、材质等信息与ID相对应并录入系统；
步骤(2)，将前端监测设备安装于道路两侧的固定物上，可根据道路现场实际情况安装于道路两侧路灯灯杆或其他建(构)筑物上方，满足前端监测设备的监测范围对检查井的全覆盖，由于井盖沉降病害会造成单一前端监测设备对井盖监测时存在视野盲区，对同一检查井至少有两台前端监测设备可从不同角度对其实施监测。需要监测的每个检查井至少位于两台前端监测设备的测量范围内，同一台前端监测设备可对其监测范围内的多个检查井实施监测；
前端监测设备安装完成后，确定自身的精确定位，包括经度、纬度、高程；由于前端监测设备和检查井空间位置基本固定，监控仪跟踪到井盖位置后，系统保存此时监控仪的偏转角度，以便正式执行监测任务时对井盖的快速定位，监控仪对其监控范围内的多个检查井重复此操作；进一步地，检查井新建或维修并验收合格后，认为检查井盖处于健康状态，此时对健康状态的井盖及井盖周边的高程进行测量，在本发明的一个实施例中每个井盖的测量范围为包括目标井盖在内的方形区域，所述方形区域的边长为1.5m；进一步地，将健康状态的井盖及井盖周边的高程数据作为基准数据保存于系统；
步骤(3)，监控仪通过GPS定位器所确定的定位信息以及系统内保存的偏转角度快速跟踪到井盖位置，环境感知系统获取目标井盖的当前环境参数，包括：当前天气情况、光照强度、车辆遮挡情况等，根据当前环境参数确定监控仪的拍摄参数，包括：拍摄装置的成图比例和图片分辨率等；
步骤(4)，监控仪根据当前环境参数和拍摄参数对井盖及井盖周边进行拍照，图像识别系统对所生成的图片进行井盖识别，基于预先训练的井盖识别模型提取井盖边缘等特征信息，若识别到井盖不存在，则将危险信号发送至数据分析平台并报警，若井盖存在，则获取井盖的准确分布信息，并划分测量范围，在本发明的一个实施例中每个井盖的测量范围为包括目标井盖在内的方形区域；所述方形区域的边长为1.5m；
步骤(5)，激光测距仪对所述测量范围进行布点并测量，其中高差测量的步骤为：设测量模块所在的点为O，当井盖处于健康状态时，激光测距仪对井盖上的点A0进行距离测量，得到距离l 0 ，此时通过定位模块测得OA0与竖直方向的夹角为
Figure 637127DEST_PATH_IMAGE001
，则健康状态下点A0与点O的竖向距离
Figure 841712DEST_PATH_IMAGE002
；若井盖发生病害，点A0变动到点A1，此时通过定位模块测得OA1与竖直方向的夹角为
Figure 195333DEST_PATH_IMAGE003
，则点A1与点O的竖向距离
Figure 524684DEST_PATH_IMAGE004
；则可得井盖上点A0变动到点A1的高差
Figure 582638DEST_PATH_IMAGE005
；基于上述步骤，可测得井盖上任一点在井盖发生凹陷、凸起或倾斜等病害后的高差。图2为本实施例以井盖凹陷为例，进行的高差测量过程示意图；
状态评估模块判断高差是否超过阈值，若是，报警模块发出危险警报，警报信息包括病害井盖的位置信息和病害信息。
本发明的道路检查井井盖的监测分析系统，基于图像识别技术，通过机器视觉代替人眼识别检查井、井盖位置，识别井盖是否存在，还能进行井盖缺失报警；通过激光测距技术代替传统钢尺或直尺实现井盖高差测量，当井盖高差值超过阈值时进行报警处理；本系统及方法实现了对井盖高差的实时监测和分析，以及全过程的无人化、智能化，从而避免了检测人员的工作危险且不阻断交通，提高了井盖高差测量的效率和结果准确性，保证了病害发生的报警反馈和处理时效。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种道路检查井井盖的监测分析系统，其特征在于，包括数据分析平台和安装于道路两侧的固定物上的前端监测设备；
所述前端监测设备包括：
定位模块，用于确定前端监测设备和检查井的空间定位信息；
监控模块，用于自动识别监测范围内的道路检查井井口和井盖的位置及识别井盖是否存在；
测量模块，用于对井盖高程进行测量；
数据传输模块，用于将监测数据传输至数据分析平台；
控制模块，用于对监控模块、测量模块、数据传输模块发送控制指令；
所述数据分析平台包括：
数据接收模块，用于实时接收监测数据；
状态评估模块，用于整理分析监测数据，并评估当前井盖安全状态是否达到危险预警阈值；
报警模块，用于在井盖安全状态达到危险预警阈值时，对目标井盖进行危险报警处理。
2.根据权利要求1所述的一种道路检查井井盖的监测分析系统，其特征在于，所述定位模块包括GPS定位器和角度传感器。
3.根据权利要求1所述的一种道路检查井井盖的监测分析系统，其特征在于，所述监控模块包括监控仪和图像识别系统。
4.根据权利要求3所述的一种道路检查井井盖的监测分析系统，所述监控模块包括环境感知系统，用于获取目标井盖的环境参数；所述环境参数包括天气情况、光照强度、车辆遮挡情况。
5.根据权利要求1所述的一种道路检查井井盖的监测分析系统，其特征在于，所述测量模块包括激光测距仪。
6.基于权利要求1~5任一项所述的道路检查井井盖的监测分析系统的道路检查井井盖的监测分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
将前端监测设备安装于道路两侧的固定物上，记录前端监测设备的定位信息；对健康状态的井盖及井盖周边的高程进行测量，并将此数据作为基准数据保存于系统；
监控模块对井盖及井盖周边进行拍照，图像识别系统对所生成的图片进行井盖识别，若识别到井盖不存在，则将危险信号发送至数据分析平台并报警；若井盖存在，则获取井盖的准确分布信息，并根据监测范围内的井盖个数m划分为m个测量范围；所述测量范围包括一个井盖及其周边的区域；m大于或等于1；
测量模块对测量范围内的点进行高差测量，所述高差测量的步骤为：设测量模块所在的点为O，当井盖处于健康状态时，激光测距仪对井盖上的点A0进行距离测量，得到距离l 0 ，此时通过定位模块测得OA0与竖直方向的夹角为
Figure 267208DEST_PATH_IMAGE001
，则健康状态下点A0与点O的竖向距离
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；若井盖发生病害，点A0变动到点A1，此时通过定位模块测得OA1与竖直方向的夹角为
Figure 326561DEST_PATH_IMAGE003
，则点A1与点O的竖向距离
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；则可得井盖上点A0变动到点A1的高差
Figure 965352DEST_PATH_IMAGE005
；
状态评估模块判断高差是否超过危险预警阈值，若是，报警模块发出危险警报，警报信息包括病害井盖的位置信息和病害信息。
7.根据权利要求6所述的道路检查井井盖的监测分析方法，其特征在于，所述测量范围为包括目标井盖在内的方形区域；所述方形区域的边长为1.5~1.8米。
8.根据权利要求6所述的道路检查井井盖的监测分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
在正式监测前，对所有需要监测的检查井首先按照地市街道进行编码并生成ID，同时将井盖信息录入系统；所述井盖信息包括位置、类型、尺寸、材质和ID。
9.根据权利要求6所述的道路检查井井盖的监测分析方法，其特征在于，需要监测的每个检查井至少位于两个监控模块的监测范围内。
10.根据权利要求6所述的道路检查井井盖的监测分析方法，其特征在于，所述定位信息包括前端监测设备的经度、纬度、高程、水平转角和竖向转角。
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