本發(fā)明屬于智能檢測領(lǐng)域，特別涉及一種路面病害線掃描式檢測方法。

背景技術(shù)：

1、路面病害指裂縫、坑洞、沉陷、車轍、擁包、拱起等由于施工質(zhì)量問題或外力影響形成的路面局部損傷，嚴(yán)重的路面病害將對行車安全造成威脅，從而導(dǎo)致惡劣的交通事故發(fā)生。路面病害的及時發(fā)現(xiàn)在保障行車安全的同時，也可防止路面病害的進(jìn)一步擴(kuò)展，進(jìn)而提高道路壽命、降低維修維護(hù)成本。而人工定期檢測或現(xiàn)有一些路面病害檢測方法、設(shè)備往往存在工作強(qiáng)度大、準(zhǔn)確度低、檢測效率低等不足且很難實(shí)現(xiàn)同一位置的前后變化比較。為此，研制高效且可靠的路面病害檢測方法對于路面工程驗(yàn)收、路面狀態(tài)及老化程度評估以及日常維修維護(hù)等具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為實(shí)現(xiàn)路面病害的高效檢測，本發(fā)明提供了一種運(yùn)用三維點(diǎn)云處理技術(shù)檢測路面病害的方法，可準(zhǔn)確識別、定位及量化路面病害及其異常和異變，極大方便路面工程驗(yàn)收、維護(hù)和修繕，保障行車安全。區(qū)別于其他檢測方法，具備方便精準(zhǔn)等優(yōu)勢。

2、本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的采用以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種路面病害線掃描式檢測方法，包括：

4、載具1：常規(guī)四輪機(jī)動車，在其前端固裝標(biāo)識讀取裝置，用以讀取路肩等距布置的標(biāo)識i、標(biāo)識ii、標(biāo)識iii……；

5、掃描裝置2：安裝于載具前端，其上的激光源垂直向下投射激光，形成激光掃描面；

6、掃描裝置沿路面寬度方向獲取“一”字激光線上分布的致密點(diǎn)的y、z坐標(biāo)，而x坐標(biāo)則結(jié)合載具實(shí)時速度和每幀線陣點(diǎn)云數(shù)據(jù)的時間戳得到，從而，線掃描式獲取表征路面信息的線陣三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

7、檢測步驟為：

8、(1)通過所述線陣三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行做最小二乘法z-y直線擬合求解掃描截面擬合直線，并依據(jù)線陣上各坐標(biāo)點(diǎn)與擬合直線的偏離距離識別表征病害區(qū)域的異常點(diǎn)；

9、(2)通過所述讀取裝置讀取標(biāo)識實(shí)現(xiàn)分段式檢測，對劃分得到的各檢測單元中的異常點(diǎn)做聚類和量化分析，確定病害區(qū)域尺寸，以及根據(jù)聚類處理得到的集合數(shù)目確定病害數(shù)量；

10、(3)通過閾值法和基準(zhǔn)模板比較法兩種模式檢測路面病害異常和異變。

11、上述方案中，在步驟(1)中，兩步式求解路面擬合直線：

12、第一步，以每幀線陣點(diǎn)云所有坐標(biāo)點(diǎn)為集合做基于最小二乘法的z-y直線擬合，得到擬合直線

13、第二步，計算各坐標(biāo)點(diǎn)到擬合直線的距離，如距離大于某一閾值，則將該點(diǎn)及其鄰域點(diǎn)濾除，并對剩余點(diǎn)重新做z-y直線擬合，由此得到表征當(dāng)前掃描截面的擬合直線確定去除明顯凹凸偶然因素后的整體路面在點(diǎn)云坐標(biāo)系中的表示。其中，ay+bz+c＝0表示擬合直線始終滿足方程ay+bz+c＝0，其中a、b、c表示直線方程的系數(shù)，z、y代表路面點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的垂直和水平坐標(biāo)。

14、上述方案中，在步驟(1)中，依據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)偏離掃描截面擬合直線大小識別路面異常點(diǎn)：

15、當(dāng)線陣點(diǎn)云中的某一坐標(biāo)點(diǎn)pi，j(xi，yi，j，zi，j)到掃描截面擬合直線的距離超過偏離閾值時，則認(rèn)為該坐標(biāo)點(diǎn)為路面病害異常點(diǎn)：

16、pi，j(xi，yi，j，zi，j)到的偏離距離為：

17、

18、如果di，j≥t3σ，則pi，j為異常點(diǎn)，依據(jù)偏離閾值t3σ識別出當(dāng)前幀線陣點(diǎn)云pi中所有異常點(diǎn)。

19、上述方案中，偏離閾值t3σ由拉伊達(dá)準(zhǔn)則確定：對擬檢測路段無病害路面進(jìn)行采樣，計算坐標(biāo)點(diǎn)到掃描截面擬合直線的距離并計算標(biāo)準(zhǔn)差σ，偏離閾值t3σ為該標(biāo)準(zhǔn)差σ的3倍。

20、上述方案中，在步驟(2)中，以一種標(biāo)記分段式的檢測機(jī)制確定異常點(diǎn)發(fā)生位置：通過載具上固接的標(biāo)識讀取裝置讀取標(biāo)識對應(yīng)序號，即可確定當(dāng)前檢測位置位于哪兩個標(biāo)識之間，再結(jié)合異常幀及其對應(yīng)的實(shí)時速度信息，即可準(zhǔn)確確定異常位置到標(biāo)識的距離。具體地，在路肩處以δx等間隔布置標(biāo)識，當(dāng)讀取裝置正對標(biāo)識時，讀取標(biāo)識對應(yīng)序號，根據(jù)序號找到異常出現(xiàn)的具體位置。舉例說明，假設(shè)異常識別于時刻tm，而該時刻tm在讀取標(biāo)識i和讀取標(biāo)識ii的時刻ti和tii之間，則可知異常必然出現(xiàn)于標(biāo)識i和標(biāo)識ii之間；假設(shè)從ti時刻讀取到標(biāo)識i開始計算，第m幀線陣數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，則異常識別時刻tm對應(yīng)于讀取到標(biāo)識i后的第m幀線陣點(diǎn)云數(shù)據(jù)，則根據(jù)實(shí)時速度信息可精確定位異常所在位置：

21、

22、式中vm表示獲取第m幀數(shù)據(jù)時載具的實(shí)時速度，xm_i表示異常點(diǎn)到標(biāo)識i的x向距離，vi表示從讀取到標(biāo)識i開始計算獲取第i幀線陣點(diǎn)云數(shù)據(jù)時載具1的實(shí)時速度。

23、上述方案中，在步驟(2)中，對標(biāo)識劃分的各檢測單元中的異常點(diǎn)進(jìn)行聚類處理，將屬于不同病害區(qū)域的異常點(diǎn)歸入不同集合，并對集合做量化分析，由此確定檢測單元中各病害區(qū)域的長、寬及最大起伏量。

24、上述方案中，聚類過程具體為：

25、a1.從當(dāng)前檢測單元中隨機(jī)選取1個異常點(diǎn)p，以該點(diǎn)為種子點(diǎn)構(gòu)建集合ck，將以p為中心，半徑為r的區(qū)域內(nèi)所有未訪問過的異常點(diǎn)均歸入集合ck，將點(diǎn)p標(biāo)記為已訪問；

26、a2.遍歷步驟1所述種子點(diǎn)區(qū)域中所有異常點(diǎn)，重復(fù)步驟1，直到?jīng)]有新的異常點(diǎn)歸入ck，由此集合ck構(gòu)建完成；

27、a3.從剩余未訪問過的點(diǎn)中再隨機(jī)選取1個異常點(diǎn)作為新的種子點(diǎn)，構(gòu)建新集合，重復(fù)步驟a1、a2，直到檢測單元中的所有點(diǎn)均訪問完成，即所有異常點(diǎn)均根據(jù)鄰近關(guān)系歸入對應(yīng)集合，當(dāng)前檢測單元中所有異常點(diǎn)分別歸入集合{c1、c2、c3……}，其中每個異常點(diǎn)集合即表征了一處病害區(qū)域。

28、上述方案中，對聚類得到的各集合做量化分析，以得出各病害區(qū)域的長度、寬度以及最大起伏量，具體地：對前述各集合{c1、c2、c3……}做主成分分析，由此得到第1主成分方向e1和第2主成分方向e2，將集合中各點(diǎn)投影到兩個主成分方向上，e1首尾兩投影點(diǎn)距離即為病害區(qū)域長度l，e2首尾兩投影點(diǎn)距離即為病害區(qū)域?qū)挾葁，而集合中各點(diǎn)確定的偏離距離di，j最大值則為該處病害區(qū)域的最大起伏量。

29、上述方案中，在步驟(3)中，結(jié)合a、b兩種模式檢測路面病害異常和異變；

30、模式a：閾值法判斷，即檢測單元中病害數(shù)量或病害區(qū)域尺寸超出正常容許值時，則認(rèn)定當(dāng)前檢測單元存在路面病害異常，需對該檢測單元進(jìn)行檢查，并結(jié)異常點(diǎn)到標(biāo)識的距離定位病害位置以進(jìn)行針對性修復(fù)。其中，病害區(qū)域尺寸包括長、寬、最大起伏量；

31、模式b：基準(zhǔn)模板比較，具體地，首先完成對整個檢測路段所有檢測單元的預(yù)先掃描，根據(jù)檢測單元中病害數(shù)量及各病害區(qū)域尺寸，在后續(xù)實(shí)際檢測掃描時，再次對各檢測單元進(jìn)行相同處理，通過形心位置關(guān)系配對前后掃描時相同的病害區(qū)域，并比較前后同一病害區(qū)域?qū)?yīng)的長、寬、最大起伏量變化以及病害數(shù)量變化，由此判斷路面病害在時間尺度上的前后變化，以便于對應(yīng)做出維修維護(hù)決策。

32、有益效果：

33、本發(fā)明面向路面病害檢測，基于三維點(diǎn)云處理技術(shù)，設(shè)計了一種獨(dú)特的線掃描式檢測方法，包括：

34、運(yùn)用最小二乘法設(shè)計了一種基于線陣點(diǎn)云定義路面位置的方法，兩步式求解掃描截面擬合直線，獲取去除明顯凹凸偶然因素后的整體路面方程表示；設(shè)計了一種標(biāo)記分段式檢測機(jī)制將路段劃分為若干檢測單元方便病害定位；通過識別路面異常點(diǎn)并做聚類和量化分析，有效評估各檢測單元中的病害區(qū)域；設(shè)計了閾值判斷和基準(zhǔn)比較兩種檢測模式分別識別路面病害異常和異變。

35、相比于現(xiàn)有路面病害智能檢測方法，本發(fā)明布置簡單、計算復(fù)雜度低、實(shí)時性好、檢測效率高，可精準(zhǔn)且全面評估路面病害，既能通過閾值法判別病害區(qū)域長、寬、起伏異常，也可通過基準(zhǔn)模板比較法準(zhǔn)確得到一段時間內(nèi)的病害前后變化量。還可準(zhǔn)確定位病害異常發(fā)生位置，便于維修維護(hù)。此外，相較于常規(guī)的基于像素rgb顏色值的圖像處理檢測方法，本發(fā)明可規(guī)避光照條件及顏色差異影響，在實(shí)際應(yīng)用中，有望實(shí)現(xiàn)更加可靠的檢測。