专利名称：一种城市道路路面日常巡检设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种路面病害日常快速巡检的设备，尤其是涉及一种基于多传感器集 成的城市道路路面日常巡检设备，可以广泛应用于城市道路、高速公路及国省道路面的日 常养护巡检等领域。
背景技术：
路面是车辆与道路直接发生接触与作用力的表面，将直接影响车辆行驶的安全与 平稳性。因此，确保路面的完好性是道路养护管理部门最重要的工作之一。随着道路的开通运行，在气候、环境、车辆荷载及人为等因素的作用下，路面不可 避免的发生裂缝、破损、沉降、拥包等各种各样的病害，这些病害降低了道路的行车舒适性、 通行速度及道路的使用寿命，某些病害甚至影响着交通安全。如城市道路中由于超载及盗 窃等原因导致的井盖损坏或丢失，将严重危及行车安全，如2004年8月27号傍晚发生在北 京市圆明园西路的一起3死3伤损坏6辆汽车的重大交通事故，就是因为道路中间的井盖 突出引起的。因此，加强路面的日常养护，发现病害及时修补，对保障城市道路交通，保持市 容市貌的美观整洁，延长道路使用寿命，减少大修费用，都十分重要。目前，为加强城市道路养护管理水平，很多大城市都建立了自己的养护管理信息 系统，如北京市城市道路养护管理中心建立的“城市道路巡查信息管理系统”、武汉市城市 管理局建立了“武汉市城市网格化管理与服务系统”等，这些管理信息系统的建立大大提高 了城市道路养护效率的管理水平，但是其道路病害的日常巡检主要依靠城市管理人员采用 专用的PDA采集或手工采集，如北京市在五环内道路上，有60余名道路巡查人员通过PDA 便携式智能传输设备，对巡查发现的道路病害信息进行定位、拍照，并通过无线网络上报。 由于缺乏现代化的信息获取手段，严重制约着这些管理信息系统发挥更大的作用。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在目前城市道路病害巡检手段主要采用PDA等 简易设备，完全依靠人工方式实现，巡检过程中巡检员的安全隐患大、影响正常交通、人为 主观性强等的技术问题；提供了一种能够完全自动化，并能在城市正常交通速度条件下，即 15-80km/h条件下进行路面病害巡检，安全隐患小，不会影响正常交通的一种城市道路路面 日常巡检设备。本发明还有一目的是解决现有技术所存在的路面检测设备在使用过程中，车载计 算机主要完成路面图像的记录，并不对采集图像进行实时的处理等的技术问题；提供了一 种能实时可靠的进行在线病害识别，在巡检设备的运行过程中，在采集路面图像的同时，自 动识别重点路面病害，主要包括井盖缺损、较大的裂缝、坑槽等的一种城市道路路面日常巡 检设备。本发明再有一目的是解决现有技术所存在的路面检测设备在识别路面病害时，完 全依靠对图像的甄别与理解，没有其它传感器配合等的技术问题；提供了一种能通过加速度计信号与车速信号融合，判断路面的沉降、变形、错台等变形类病害的一种城市道路路面 日常巡检设备。本发明还有一目的是解决现有技术所存在的路面检测设备通过移动存储器或有 线网络，将采集到的图像数据传输到处理中心的计算机，进行图像处理，不能实时传输道路 信息等的技术问题；提供了一种能实时将病害图像及属性信息发送到远程监控中心的一种 城市道路路面日常巡检设备。本发明最后有一目的是解决现有技术所存在的路面检测设备采用自然光照明或 者大功率灯照明，使得采集图像受到太阳光干扰严重或者系统功耗过大，采集图像质量难 以保证等的技术问题；提供了一种能解决路面图像获取时的补光以减少太阳光及阴影的干 扰，同时具备高亮度、低功耗、长寿命的一种城市道路路面日常巡检设备。本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的一种城市道路路面日常巡检设备，其特征在于，包括移动系统以及设置在移动系 统上的相机同步控制装置，该移动系统上还设置有均与相机同步控制装置相连的CCD相 机、加速度计、光电编码器、GPS接收机、陀螺仪以及电源装置。在上述的一种城市道路路面日常巡检设备，所述的相机同步控制装置包括主机系 统以及分别与主机系统相连的图像定位单元以及移动速度与图像融合分析单元。在上述的一种城市道路路面日常巡检设备，所述的图像定位单元包括航位推算模块通过串行通信及A/D转换接口接收GPS接收机的时间与定位数据、 陀螺仪的角速度信号与光电编码器的里程信号，并采用卡尔曼滤波器，将定位信号、角速度 信号与距离信号进行融合，得到移动系统当前的位置与航向；里程计数模块接收光电编码器的里程信号后，完成对里程脉冲的计数，得到移动 系统当前位置相对于起点的距离；摄像控制模块接收光电编码器的里程信号后，按照设定的照相拍摄间距产生 CCD相机触发信号；图像定位模块接收航位推算模块的绝对定位数据、里程计数模块的相对定位数 据以及摄像触发模块的触发信号后，通过预测插值算法，计算给触发脉冲所拍摄图像的位 置信息，该信息包括绝对大地坐标、相对里程及时刻信息。在上述的一种城市道路路面日常巡检设备，所述的图像融合分析单元包括颠簸处理模块接收光电编码器及加速度计的输出信号并通过光电编码器的里程 信号来判定移动系统的速度；智能图像处理模块接收CCD相机采集的路面图并处理后得到的病害信息加速 度；路面高程异常与图像融合模块获取路面高程异常信息，并将其与智能图像处理 模块获取的病害信息进行融合，判定路面病害的类型及严重程度。在上述的一种城市道路路面日常巡检设备，所述的颠簸处理模块工作的具体方法 为对单位时间内的里程脉冲的计数，以及单个里程脉冲所对应的移动系统行驶距离，得到 单位时间内移动系统行驶的距离，从而计算出移动系统的运行速度；该模块将两加速度计 的瞬时输出值与车辆速度的比值，作为判定当前路面位置是否有的高程异常的指数，如下 式
权利要求
1.一种城市道路路面日常巡检设备，其特征在于，包括移动系统以及设置在移动系统 上的相机同步控制装置，该移动系统上还设置有均与相机同步控制装置相连的CCD相机、 加速度计、光电编码器、GPS接收机、陀螺仪以及电源装置。
2.根据权利要求1所述的一种城市道路路面日常巡检设备，其特征在于，所述的相机 同步控制装置包括主机系统以及分别与主机系统相连的图像定位单元以及移动速度与图 像融合分析单元。
3.根据权利要求2所述的一种城市道路路面日常巡检设备，其特征在于，所述的图像 定位单元包括航位推算模块通过串行通信及A/D转换接口接收GPS接收机的时间与定位数据、陀螺 仪的角速度信号与光电编码器的里程信号，并采用卡尔曼滤波器，将定位信号、角速度信号 与距离信号进行融合，得到移动系统当前的位置与航向；里程计数模块接收光电编码器的里程信号后，完成对里程脉冲的计数，得到移动系统 当前位置相对于起点的距离；摄像控制模块接收光电编码器的里程信号后，按照设定的照相拍摄间距产生CCD相 机触发信号；图像定位模块接收航位推算模块的绝对定位数据、里程计数模块的相对定位数据以 及摄像触发模块的触发信号后，通过预测插值算法，计算给触发脉冲所拍摄图像的位置信 息，该信息包括绝对大地坐标、相对里程及时刻信息。
4.根据权利要求2所述的一种城市道路路面日常巡检设备，其特征在于，所述的图像 融合分析单元包括颠簸处理模块接收光电编码器及加速度计的输出信号并通过光电编码器的里程信号 来判定移动系统的速度；路面高程异常与图像融合模块获取路面高程异常信息，并将其与智能图像处理模块 获取的病害信息进行融合，判定路面病害的类型及严重程度。智能图像处理模块接收CCD相机采集的路面图并处理后得到的病害信息加速度；
5.根据权利要求4所述的一种城市道路路面日常巡检设备，其特征在于，所述的颠簸 处理模块工作的具体方法为对单位时间内的里程脉冲的计数，以及单个里程脉冲所对应 的移动系统行驶距离，得到单位时间内移动系统行驶的距离，从而计算出移动系统的运行 速度；该模块将两加速度计的瞬时输出值与车辆速度的比值，作为判定当前路面位置是否 有的高程异常的指数，如下式StA., vt其中，St为t时刻的路面高程异常指数，at为t时刻的车轮加速度值，Vt为车辆t时刻 的速度值。当St大于用户设定的阈值S时，则判定路面有高程异常。
6.根据权利要求2所述的一种城市道路路面日常巡检设备，其特征在于，它还包括均 与相机同步控制装置相连的3G无线通信终端以及LED闪光灯。
7.根据权利要求1所述的一种城市道路路面日常巡检设备，其特征在于，所述的加速 度计包括左加速度计以及右加速度计，分别设置在移动系统的左、右驱动装置上。
8.根据权利要求1所述的一种城市道路路面日常巡检设备，其特征在于，所述的相机同步控制装置还包括与上述主机系统相连的用于实时同步时间的时间同步模块。
9.根据权利要求4所述的一种城市道路路面日常巡检设备，其特征在于，所述的路面 高程异常与图像融合模块的具体工作原理如下当移动系统行驶过程中，上述设置在移动 系统上的加速度计输出的加速度值与移动系统的移动速度的比值超过用户预定的阈值时， 将该比值信号与智能图像处理模块接收的路面纹理结构信号输入给主机系统。
全文摘要
本发明涉及一种路面病害日常快速巡检的设备，尤其是涉及一种基于多传感器集成的城市道路路面日常巡检设备，可以广泛应用于城市道路、高速公路及国省道路面的日常养护巡检等领域。本发明提出了一种基于车载的路面病害日常快速巡检的设备，该设备以机动车为平台，集成了图像传感器、加速度计、光电编码器、MEMS陀螺、GPS接收机、LED闪光灯、3G通信终端、协同控制电路及车载计算机等传感器及设备，本设备能够完全自动化，并能在城市正常交通速度条件下，即15-80km/h条件下进行路面病害巡检，安全隐患小，不会影响正常交通。
文档编号E01C23/03GK102061659SQ201010521428
公开日2011年5月18日 申请日期2010年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者毛庆乐, 毛庆洲, 秦培煜, 陈小宇 申请人:毛庆洲