一种基于曲线坐标系的手机端公路边坡病害定位方法、系统、设备、介质及程序产品与流程

本发明涉及公路边坡病害定位，特别是涉及一种基于曲线坐标系的手机端公路边坡病害定位方法、系统、设备、介质及程序产品。

背景技术：

1、现有公路边坡病害定位方案通常存在以下几类路径。第一类方案依赖既有道路中心线、设计图、桩号资料或gis基底，在此基础上将现场定位点投影到已有线参体系中。该类方案适用于资料完整的干线道路，但对于缺少标准中心线的巡检场景，往往难以适用。第二类方案依赖rtk、全站仪或其他专用高精度测绘设备，虽然精度较高，但设备成本高、作业组织复杂，且不利于普遍推广到低成本、高频次的养护巡检场景。第三类方案仅依据手机gnss平面坐标或照片拍摄位置进行粗略定位，其在直线路段尚可使用，但在连续弯道、遮挡环境、山谷环境或多层平台边坡场景下容易出现桩号错误和层级混淆。

2、因此，现有技术至少存在如下缺陷：其一，严重依赖既有中心线或桩号模板，无法适应未知线型、资料缺失路段；其二，对复杂弯道和弱信号环境的鲁棒性不足；其三，边坡特征点仍需大量人工识别，效率低且主观性强；其四，输出结果不统一，难以形成标准化、可机读、可追溯表达。

3、基于上述原因，本领域迫切需要一种不依赖既有中心线、可通过手机端自主建立曲线坐标系、并能够对边坡病害进行精确定位和规范输出的低成本公路边坡病害定位方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供一种基于曲线坐标系的手机端公路边坡病害定位方法、系统、设备、介质及程序产品，至少部分解决现有技术中存在的问题。

2、本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。

3、为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

4、根据本发明实施例的第一方面，本发明提供了一种基于曲线坐标系的手机端公路边坡病害定位方法，包括：

5、巡检手机端进行多源数据采集，形成原始轨迹点集；

6、对原始轨迹点集进行平滑轨迹预处理，获得平滑后的巡检轨迹；

7、对平滑后的巡检轨迹进行拟合并进行线参配准，构建拟合路径与桩号体系映射，建立frenet曲线坐标系；

8、进行关键断面特征点引导标注，获得带有特征类型标签的断面特征点集合；

9、将特征点投影到frenet曲线坐标系学习并更新断面阈值序列；

10、对病害观测点进行滑窗匹配，求得病害点在frenet曲线坐标系中的最优投影位置；

11、依据投影位置判定侧别，依据断面阈值区间与层级类型判定边坡/平台层级；

12、输出标准化结果。

13、进一步地，所述巡检手机端进行多源数据采集，形成原始轨迹点集包括：巡检手机端沿待巡检路段缓行，以统一时钟采集gnss坐标、imu三轴加速度与角速度、磁方位、拍摄图像和时间戳信息，形成原始轨迹点集。

14、进一步地，所述对原始轨迹点集进行平滑轨迹预处理，获得平滑后的巡检轨迹包括：对原始轨迹点集进行时间同步、异常值剔除和滤波平滑，获得平滑后的巡检轨迹。

15、进一步地，所述对平滑后的巡检轨迹进行拟合并进行线参配准，构建拟合路径与桩号映射包括：对平滑后的巡检轨迹进行曲率分段或质量分段，在各分段内执行加权样条拟合，得到拟合路径；并利用两处以上已知桩号控制点、已知地标点或现场人工确认点，将拟合路径与桩号体系建立映射关系；当控制点数量较少时，采用分段线性配准；当控制点较多时，采用最小二乘拟合或样条映射。

16、进一步地，所述进行关键断面特征点引导标注，获得带有特征类型标签的断面特征点集合包括：巡检手机端在预设桩段或曲率变化较大的断面位置，提示引导巡检人员采集关键断面特征点，所述关键断面特征点包括坡顶、平台边界、坡脚、沟缘、挡墙顶边；根据图像边缘、局部姿态变化、局部海拔变化和既有断面模板生成候选点列表，候选点以“特征类型 + 置信分数”的方式展示，由人工一次点击确认或修正，获得带有特征类型标签的断面特征点集合。

17、进一步地，所述将特征点投影到frenet曲线坐标系学习并更新断面阈值序列包括：将断面特征点集合投影到frenet曲线坐标系中，计算每个特征点相对参考基线的横向基准距离，并按照道路侧别和桩号位置维护阈值序列；所述阈值序列用于描述从道路参考边界向外依次出现的边坡/平台分界位置。

18、进一步地，所述进行关键断面特征点引导标注以及将特征点投影到frenet曲线坐标系学习并更新断面阈值序列的步骤，在首次建模、断面模型更新或需要提升精度时执行；如果某一路段已经建立了稳定的断面阈值库，则在复测场景中直接调用历史模型。

19、进一步地，所述对病害观测点进行滑窗匹配，求得病害点在frenet曲线坐标系中的最优投影位置包括：当收到病害观测事件时，根据当前gnss位置、imu积分里程、磁方位和相邻观测构造候选投影区间，采用基于滑动窗口的隐马尔可夫模型匹配求取最优匹配位置，得到病害观测点在frenet曲线坐标系中拟合路径上的弧长位置及法向偏移量；

20、所述依据投影位置判定侧别，依据断面阈值区间与层级类型判定边坡/平台层级包括：依据法向偏移量的符号判定病害位于左侧还是右侧；依据病害点的横向基准距离与断面阈值序列的区间关系，并结合层级映射表，判定该病害属于一级边坡、一级平台、二级边坡或其他特殊层级。

21、进一步地，所述采用基于滑动窗口的隐马尔可夫模型匹配求取最优匹配位置包括：

22、观测概率由横向距离残差、航向差和传感器质量联合给出，状态转移概率优选由相邻时刻弧长增量一致性、曲率连续性和速度约束给出，基于预设滑动窗口长度，输入观测概率与状态转移概率联合求解，输出最优匹配位置。

23、进一步地，在输出标准化结果前还包括计算置信度，所述置信度结合匹配残差、gnss质量、阈值后验方差计算。

24、进一步地，所述输出标准化结果包括输出“桩号+侧别+边坡/平台层级+置信度”。

25、根据本发明实施例的第二方面，提供了一种基于曲线坐标系的手机端公路边坡病害定位系统，包括：

26、采集模块，被配置为利用巡检手机端进行多源数据采集，形成原始轨迹点集；

27、轨迹预处理模块，被配置用于对原始轨迹点集进行平滑轨迹预处理，获得平滑后的巡检轨迹；

28、拟合路径自校准与线参配准模块，被配置用于对平滑后的巡检轨迹进行拟合并进行线参配准，构建拟合路径与桩号体系映射，建立frenet曲线坐标系；

29、特征点引导标注模块，被配置用于进行关键断面特征点引导标注，获得带有特征类型标签的断面特征点集合；

30、断面阈值学习更新模块，被配置用于将特征点投影到frenet曲线坐标系学习并更新断面阈值序列；

31、病害投影定位模块，被配置用于对病害观测点进行滑窗匹配，求得病害点在frenet曲线坐标系中的最优投影位置；

32、侧别及层级判定模块，被配置用于依据投影位置判定侧别，依据断面阈值区间与层级类型判定边坡/平台层级；

33、标准化输出模块，被配置用于输出标准化结果。

34、根据本发明实施例的第三方面，提供了一种计算机设备，所述设备包括：处理器和存储器；

35、所述存储器用于存储一个或多个程序指令；

36、所述处理器，用于运行一个或多个程序指令，用以执行上述的基于曲线坐标系的手机端公路边坡病害定位方法。

37、根据本发明实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于曲线坐标系的手机端公路边坡病害定位方法。

38、根据本发明实施例的第五方面，提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序指令，该计算机程序指令被处理器执行时实现上述的基于曲线坐标系的手机端公路边坡病害定位方法。

39、通过采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：

40、在本发明以巡检手机端为数据载体，通过采集gnss、imu、磁方位和图像等多源数据，自主拟合建立frenet曲线坐标系；随后结合巡检人员引导式采集的坡顶、平台边界、沟缘等关键断面特征点，在线学习断面阈值序列；最后将病害观测点投影到该曲线坐标系中，完成桩号、侧别、边坡/平台层级及置信度输出。本发明可以在缺少既有中心线资料、设计线形或高精度模板数据的情况下，对公路边坡病害进行低成本的精确定位、分级和规范输出。