一种沥青路面病害监控系统及监测方法与流程

本发明涉及沥青路面病害监控领域，具体涉及一种沥青路面病害监控系统及监测方法。

背景技术：

高速公路面层目前大多为沥青混凝土，自高速公路建成通车以来，在交通荷载和外部环境因素的共同作用下，沥青路面在运营过程中出现了诸多类型不同程度的病害，其中裂缝、车辙、松散、坑槽较为常见。病害较轻时会影响车辆的行驶舒适性，病害严重时则会影响车辆在沥青路面的行驶安全性，进而导致路面的结构强度下降，大大缩短沥青路面的使用寿命，因此如何在高速公路运营养护过程中及时有效的检测和监控沥青路面的各种病害，受到越来越多道路工作者的关注。

目前，传统的道路检测只局限逐个考虑各单项评价指标，诸如路面平整度、破损率等指标，有些指标人为因素影响较大，样本数据较多且归档不清楚，并且由于在目前的养护管理系统，对沥青路面的病害处理缺乏全过程的监控和实时的观测数据，没有建立一种动态化、自动化、数据采样率高的沥青路面病害监控系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种沥青路面病害监控系统及监测方法，以克服现有沥青路面病害监控不到位的缺陷，提高沥青路面病害处理的可视化和信息化处理能力。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种沥青路面病害监控方法，包括以下步骤：

步骤1)、利用bim软件建立沥青路面原始三维图形数据库，从而得到bim模型数据库，沥青路面原始三维图形数据库包括沥青路面原始三维图形数据和沥青路面坐标信息；

步骤2)、通过三维激光扫描检测方法获取待检测沥青路面三维图形数据，同时获取与待检测沥青路面三维图形数据同步的沥青路面位置信息；

步骤3)、获取与待测沥青路面位置信息一致的待检测沥青路面原始三维图形数据，通过navisworks将待检测沥青路面原始三维图形数据与待检测沥青路面三维图形数据进行三维bim模型数据整合，得到待检测沥青路面原始三维图形数据与待检测沥青路面三维图形数据的轮廓差图，从而完成沥青路面病害检测。

进一步的，步骤1)中，利用bim软件根据道路工程的dwg设计和施工图纸建立沥青路面原始三维图形数据库。

进一步的，步骤2)中，对获取的待检测沥青路面三维图形数据进行去噪处理，得到去燥后的待检测沥青路面三维图形数据。

进一步的，步骤2)中，获取待检测沥青路面三维图形数据的同时同步获取待检测沥青路面的图像信息，作为待检测沥青路面病害检测的辅助图像。

进一步的，步骤3)中，通过navisworks将待检测沥青路面原始三维图形数据与去噪后的待检测沥青路面三维图形数据进行三维bim模型数据整合，对沥青路面的三维图像数据进行轮廓比对，得到轮廓差图。

一种沥青路面病害监控系统，包括三维激光扫描检测单元以及与三维激光扫描检测单元连接的云端服务器单元，云端服务器单元连接有沥青路面病害监控平台和定位模块，沥青路面病害监控平台连接有bim模型数据库；

三维激光扫描检测单元用于获取待检测沥青路面三维图形数据，并将获取的沥青路面三维图形数据通过云端服务器单元传输至沥青路面病害监控平台；定位模块用于获取待测沥青路面位置信息，并将获取的待测沥青路面位置信息传输至云端服务器单元；

bim模型数据库用于存储待检测沥青路面原始三维图形数据；沥青路面病害监控平台将获取的沥青路面三维图形数据及待测沥青路面位置信息与bim模型数据库内相对应位置的待检测沥青路面原始三维图形数据进行对比，得到沥青路面三维图形数据与待检测沥青路面原始三维图形数据的数据差，从而得到待检测沥青路面原始三维图形数据与待检测沥青路面三维图形数据的轮廓差图。

进一步的，三维激光扫描检测单元包括激光发射器、三维激光扫描仪主机和接收器主机激光发射器和三维激光扫描仪主机均固定于三维激光扫描仪旋转圆盘上；三维激光扫描仪主机和接收器主机通过有线或无线连接，接收器主机将三维激光扫描仪主机获取的沥青路面三维图形数据通过无线传输至云端服务器单元。

进一步的，还包括移动车体，移动车体上端固定有上部结构主板，三维激光扫描仪旋转圆盘通过三维激光扫描仪转轴固定于上部结构主板上端，上部结构主板上端安装有四个三维激光扫描检测单元，还包括固定于上部结构主板上用于获取沥青路面图片的摄像机，摄像机通过无线传输模块将获取的沥青路面图片传输至云端服务器单元。

进一步的，摄像机通过固定底座固定于上部结构主板，固定底座与上部结构主板之间设有相机旋转底盘。

进一步的，接收器主机连接有接收器电源和接收器天线，接收器电源和接收器天线均固定于上部结构主板上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种沥青路面病害监控方法，利用bim软件建立沥青路面原始三维图形数据库，从而得到包括沥青路面原始三维图形数据和沥青路面坐标信息的bim模型数据库，然后利用三维激光扫描检测方法获取待检测沥青路面三维图形数据，同时获取与待检测沥青路面三维图形数据同步的沥青路面位置信息，最后通过navisworks将待检测沥青路面原始三维图形数据与待检测沥青路面三维图形数据进行三维bim模型数据整合，得到待检测沥青路面原始三维图形数据与待检测沥青路面三维图形数据的轮廓差图，通过轮廓差图能够快速的获取沥青路面变化信息，从而能够快速完成沥青路面病害检测，本发明检测速度高，精确度高，同时能够对沥青路面进行全面检测，提高检测精度。

进一步的，利用bim软件根据道路工程的dwg设计和施工图纸建立沥青路面原始三维图形数据库，得到的沥青路面原始三维图形数据库数据稳定，准确度高。

进一步的，对获取的待检测沥青路面三维图形数据进行去燥处理，得到去燥后的待检测沥青路面三维图形数据，提高对获取的待检测沥青路面三维图形数据进行去燥处理，得到去燥后的待检测沥青路面三维图形数据精准度。

本发明一种沥青路面病害监控系统，利用三维激光扫描检测单元获取待检测沥青路面三维图形数据，同时利用定位模块获取与待检测沥青路面三维图形数据同步的沥青路面位置信息，然后通过navisworks将bim模型数据库中存储的待检测沥青路面原始三维图形数据与待检测沥青路面三维图形数据进行三维bim模型数据整合，得到待检测沥青路面原始三维图形数据与待检测沥青路面三维图形数据的轮廓差图，通过轮廓差图能够快速的获取沥青路面变化信息，从而能够快速完成沥青路面病害检测，本装置结构简单，数据采样率高。

进一步的，三维激光扫描检测单元固定于移动车体，利用移动车体作为三维激光扫描检测单元载体，检测精度高，检测速度快。

附图说明

图1为本发明的病害监控系统结构框图；

图2为本发明的机载三维激光扫描装置的整体结构侧视图；

图3为三维激光扫描仪和回转传感器结构示意图；

图4为三维激光扫描仪和回转传感器结构轴测图；

图5为与云端同步的接收器；

图6为摄像机的示意图。

图中：1-三维激光扫描检测单元、2-云端服务器单元、3-沥青路面病害监控平台、4-bim模型数据库、5-移动终端、6-激光发射器、7-回转传感器、8-三维激光扫描仪主机、9-上部结构主板、10-摄像机、11-固定底座、12-移动车体、13-接收器电源、14-接收器天线、15-三维激光扫描仪旋转圆盘、16-三维激光扫描仪转轴、17-接收器主机、18-相机旋转底盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1-图6所示，一种沥青路面病害监控系统，包括三维激光扫描检测单元1以及与三维激光扫描检测单元1连接的云端服务器单元2，云端服务器单元2连接有沥青路面病害监控平台3和定位模块，沥青路面病害监控平台3连接有bim模型数据库；

三维激光扫描检测单元1用于获取待检测沥青路面三维图形数据，并将获取的沥青路面三维图形数据通过云端服务器单元2传输至沥青路面病害监控平台3；定位模块用于获取待测沥青路面位置信息，并将获取的待测沥青路面位置信息传输至云端服务器单元2；

bim模型数据库用于存储待检测沥青路面原始三维图形数据；沥青路面病害监控平台3将获取的沥青路面三维图形数据及待测沥青路面位置信息与bim模型数据库内相对应位置的待检测沥青路面原始三维图形数据进行对比，得到沥青路面三维图形数据与待检测沥青路面原始三维图形数据的数据差，从而得到待检测沥青路面的病害数据。

三维激光扫描检测单元1包括激光发射器6、三维激光扫描仪主机8和接收器主机17，激光发射器6和三维激光扫描仪主机8均固定于三维激光扫描仪旋转圆盘15上，通过三维激光扫描仪旋转圆盘15带动激光发射器6和三维激光扫描仪主机8转动从而获取360度全方位扫描沥青路面的全景数据；三维激光扫描仪主机8和接收器主机17通过有线或无线连接，接收器主机17将三维激光扫描仪主机8获取的沥青路面三维图形数据通过无线传输至云端服务器单元2。三维激光扫描仪主机8用于以点云的形式获取沥青路面的空间三维激光扫描模型并将数据传输给接收器主机17。

还包括移动车体12，移动车体12上端固定有上部结构主板9，三维激光扫描仪旋转圆盘15通过三维激光扫描仪转轴16固定于上部结构主板9上端，上部结构主板9上端安装有四个三维激光扫描检测单元1，用于获取360度全方位扫描沥青路面的全景数据，还包括固定于上部结构主板9上的摄像机10，摄像机10通过固定底座11固定于上部结构主板9，摄像机10用于获取沥青路面图片，摄像机10通过无线传输模块将获取的沥青路面图片传输至云端服务器单元2，云端服务器单元2将沥青路面图片传输至沥青路面病害监控平台3，作为沥青路面病害参考图像。固定底座11与上部结构主板9之间设有相机旋转底盘19，用于调整摄像机10的旋转角度。

接收器主机17连接有接收器电源13和接收器天线14，接收器电源13和接收器天线14均固定于上部结构主板9上。

一种沥青路面病害监控方法，包括以下步骤：

步骤1)、根据道路工程的dwg设计和施工图纸，利用bim软件建立沥青路面原始三维图形数据库，从而得到bim模型数据库；沥青路面原始三维图形数据库包括沥青路面原始三维图形数据和沥青路面坐标信息；

步骤2)、通过三维激光扫描检测方法获取待检测沥青路面三维图形数据；对获取的待检测沥青路面三维图形数据进行去噪处理，得到去噪后的待检测沥青路面三维图形数据；

步骤3)、获取与待测沥青路面位置信息一致的待检测沥青路面原始三维图形数据，通过navisworks将待检测沥青路面原始三维图形数据与去噪后的待检测沥青路面三维图形数据进行三维bim模型数据整合，得到待检测沥青路面原始三维图形数据与去噪后的待检测沥青路面三维图形数据轮廓差图，从而完成沥青路面病害检测。

具体的，步骤2)中，获取待检测沥青路面三维图形数据的同时同步获取待检测沥青路面的图像信息，作为待检测沥青路面病害检测的辅助图像，以提高待检测沥青路面病害检测精准度。

步骤3)中，通过navisworks将待检测沥青路面原始三维图形数据与去燥后的待检测沥青路面三维图形数据进行三维bim模型数据整合，对沥青路面的三维图像数据进行轮廓比对，得到轮廓差图，对于有轮廓差部分标注坐标，从而能够准确得到病害位置。

沥青路面病害监控平台3将最终得到的沥青路面病害信息通过云端服务器单元2传输至连接于云端服务器单元2的移动终端，通过移动终端便于工作人员查看并针对病害进行处理。

根据轮廓差图像获取沥青路面病害类型和病害轮廓面积，病害类型包括裂缝、坑槽和车辙。

待检测沥青路面原始三维图形数据与去噪后的待检测沥青路面三维图形数据进行三维bim模型数据整合得到的轮廓差图，即待检测沥青路面原始三维图形数据与去噪后的待检测沥青路面三维图形数据坐标差形成的三维图，其坐标差为0则表示沥青路面没有病害，其坐标差不为0时，则说明此处存在病害，坐标差大于零且坐标差连续大于零宽度大于5mm，此处为坑槽，若坐标差大于零且坐标差连续大于零宽度小于5mm，此处为裂缝；若坐标差小于零，则此处为车辙。