路面监测系统的制作方法

1.本公开一般地涉及监测领域。具体地，本公开涉及一种路面监测系统。


背景技术：

2.随着我国经济建设的蓬勃兴起,公路建设得到迅猛发展。然而,由于交通量的不断增加,致使路面的实际使用寿命低于设计使用寿命,许多地区的道路在投入使用不久就发生了早期损坏,需要小修甚至大修,一方面严重影响了交通的正常运行,另一方面也在经济上造成极大的损失。
3.为了及时了解路面情况以避免影响交通的正常运行和路面损坏程度进一步加大，需要对路面进行定期检测。目前的检测方式主要以人工巡查为主，其自动化、信息化和智能化的水平相对较低。另外，人工巡查周期和对路面状况的巡检评估往往依赖巡检人员的经验来确定。因此人工巡检数据的有效性、准确性和完整性不易保证，并且后续难以充分利用。


技术实现要素：

4.为了至少解决上述的一个或多个技术问题，本公开提供一种路面监测系统。所述路面监测系统包括：第一传感器单元，其布置于路面的监测区域；第二传感器单元，其与所述第一传感器单元布置在同一监测区域；数据处理单元，其与所述第一传感器单元和所述第二传感器单元连接，并且配置成周期性地分析处理所述第一传感器单元获取的称重信号和所述第二传感器单元获取的声音信号，以便生成监测结果。
5.在一个实施例中，所述第一传感器单元包括称重传感器，并且所述第二传感器单元包括声音传感器。
6.在另一个实施例中，所述称重传感器包括条式传感器和弯板式传感器中的任一种，并且所述声音传感器包括电阻式声音传感器、电容式声音传感器和磁电式声音传感器中的任一种。
7.在又一个实施例中，所述第一传感器单元布置于所述监测区域的路面，并且所述第二传感器单元布置于所述第一传感器单元附近。
8.在又一个实施例中，所述第二传感器单元布置于所述监测区域中的道路门架上。
9.在又一个实施例中，所述第一传感器单元包括沿着垂直于车道方向的方向设置的多组条式传感器。
10.在又一个实施例中，所述多组条式传感器中的每组包括垂直于所述车道方向且彼此平行布置的多个条式传感器。
11.在又一个实施例中，所述多组条式传感器中的相邻两组条式传感器交错布置。
12.在又一个实施例中，所述第二传感器单元中的声音传感器配置有拾音器，并且所述拾音器朝向所述第一传感器单元。
13.在又一个实施例中，所述路面监测系统还包括：预警单元，其与所述数据处理单元
连接，并且配置成根据所述监测结果来执行预警操作。
14.在又一个实施例中，所述数据处理单元与所述第一传感器单元和所述第二传感器单元通过有线或无线的方式进行通信连接。
15.根据本公开的监测系统，可以在车辆经过包含不同传感器的两个传感器单元时，利用两个传感器单元来分别获取车辆的称重信号和声音信号，并利用数据处理单元对这些信号进行分析处理以自动确定路面状况，这有效增加了路面监测的准确性并且提高了监测效率，并且监测数据可以保存使用。
附图说明
16.通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分其中：
17.图1是根据本公开实施例的路面监测系统的示意性框图；
18.图2是根据本公开另一实施例的路面监测系统的示意性框图；
19.图3是根据本公开实施例的布置于路面监测区域的第一传感器单元第二传感器单元的俯视示意图。
具体实施方式
20.下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
21.本公开涉及的路面是指用各种筑路材料铺筑在道路路基上直接承受车辆荷载的层状构造物。并且本公开的路面包括但不限于公路路面、桥梁路面、隧道路面以及涵洞上方路面等。
22.下面结合附图来详细描述本公开的具体实施方式。
23.本公开提供一种路面监测系统。图1是示出根据本公开实施例的路面监测系统100的示意性框图。如图1所示，该路面监测系统100包括第一传感器单元110、第二传感器单元120和数据处理单元130。第一传感器单元110可以布置于路面的监测区域。第二传感器单元120可以与所述第一传感器单元110布置在同一监测区域。数据处理单元130可以与所述第一传感器单元110和所述第二传感器120单元连接，并且配置成周期性地分析处理第一传感器单元110获取的称重信号和第二传感器单元120获取的声音信号，以便生成监测结果。
24.根据本公开的实施例，第一传感器单元110可以获取车辆经过该第一传感器单元110时的称重信号，第二传感器单元120可以获取车辆经过该第二传感器单元110时的声音信号。数据处理单元130可以对预设周期内获取的所有称重信号和所有声音信号进行分析处理，以生成对路面状况的监测结果。
25.根据本公开的实施例，第一传感器单元110可以包括称重传感器，并且第二传感器单元120可以包括声音传感器。进一步地，称重传感器可以包括条式传感器和弯板式传感器中的任一种，并且声音传感器可以包括电阻式声音传感器、电容式声音传感器和磁电式声
音传感器中的任一种。
26.在该实施例中，可以通过诸如条式传感器的称重传感器获取称重信号，并且通过诸如电阻式声音传感器的声音传感器获取声音信号。第一传感器单元110和第二传感器单元120所包括的上述传感器仅是示例性的并不是限制性的，当然还可以使用其它传感器来获取称重信号和声音信号。例如，称重传感器除了条式传感器和弯板式传感器以外，还可以包括已知用于称重设备的任何传感器。
27.根据本公开的实施例，第一传感器单元110可以布置于监测区域的路面，并且第二传感器单元120可以布置于第一传感器单元110附近。具体地，第二传感器单元120可以布置于监测区域中的道路门架上。其中，路面的监测区域是指待被监测的一块路面区域，该区域的大小可以与第一传感器单元和第二传感器单元匹配。第一传感器单元和第二传感器单元中传感器的数量和位置布置可以根据该区域的大小而调整。当然也可以设置多个两两配对的第一传感器单元和第二传感器单元。因此，第一传感器单元 110和第二传感器单元120可以分别获取通过该路面监测区域的同一目标车辆的称重信号和声音信号，并使得经过该监测区域的每个车辆获得的称重信号和声音信号都具有对应关系。
28.并且数据处理单元130可以配置为采取如下方式周期性地根据所述称重信号和所述声音信号生成监测结果：根据预设周期内的所有称重信号确定对应的所有车辆的车辆信息；根据所有车辆的车辆信息对车辆进行分类，以确定车辆分类信息；根据车辆分类信息，分别确定与每类车辆相对应的声音信号集合；根据所述声音信号集合确定监测结果。
29.在该实施例中，所述车辆信息可以包括车型、车速和重量。并且预设周期可以根据实际需要和路面状况认为设定，例如可以一周或一个月等。数据处理单元130可以针对该预设周期内的所有称重信号来确定对应的所有车辆的车型、车速和重量。
30.具体地，第一传感器单元110可以包括多个传感器。对于车速，可以基于这些传感器之间的相对位置、传感器感测到车辆/车轴的称重信号的时序(也即车辆/车轴依次到达各个传感器的时间)等信息来计算车辆的速度。具体计算速度的方式在本领域是已知的，此处不再详述。对于重量，可以基于每个传感器感测的称重信号，相应地计算车辆的重量。针对不同称重传感器获得的称重信号，具体计算重量的方式在本领域是已知的，此处不再详述。对于车型，可以根据车轴的数量和车轴的间距来获知车型，具体地可以根据车轴信息按照动态公路车辆自动衡器国家标准来区分车型。对于车轴的数量，可以根据同一辆车通过同一传感器的称重信号的数量来直观地获得(例如一个车轴对应一个称重信号)，对于车轴的间距可以根据两个车轴通过同一传感器的称重信号的时序和车速获得。具体获得车型的方式在本领域是已知的，此处不再详述。以上对于车型、车速和重量的获取方式都是示例性的，本领域技术人员可以根据现有方式容易获得。
31.根据通过上方法获得的所有车辆的车辆信息，即车型、车速和重量，可以对车辆按照车型、重量和速度的顺序逐级划分区间而进行分类。具体地，针对每种车型的车辆，由于装载物体重量的不同，可存在位于不同重量区间的重量，而针对每个重量区间，又存在位于不同速度区间的速度。因此可以将每种车型下的每个重量区间下的每个速度区间内的车辆划分为一类。因此可以获得车辆分类信息，例如车辆分类的数量(分为哪些类) 以及每类车辆中的车辆(具有哪些车辆)。应当注意，车型例如可以根据上述方法按照车轴来划分，重量区间和速度区间可以根据经验和需要人为设定。
32.通过以上获得的车辆分类信息，可以针对每类车辆中的所有车辆，确定对应的声音信号。由于在第一传感器单元110和第二传感器单元120的第一种布置方式中，针对同一车辆的称重信号和声音信号是成对测得的，而车辆分类信息是通过称重信号获得的，因此与一车辆的称重信号相对应的声音信号容易获得。并且，最后将与每类车辆中的所有车辆相对应的声音信号形成声音信号集合。因此，最终根据车辆的分类数量可以获得多个声音信号集合。
33.最后，可以根据上述声音信号集合来确定监测结果。
34.具体地，数据处理单元130可以配置为采取如下方式根据声音信号集合确定监测结果：针对每个声音信号集合中的全部声音信号，确定每个声音信号集合各自的全部有效声音信息；根据频率对每个声音信号集合各自的全部有效声音信息进行分类；根据每类有效声音信息的振幅分布确定声音特征值；根据所述声音特征值与参考值确定监测结果。
35.进一步地，数据处理单元130可以配置为采取如下方式针对每个声音信号集合中的全部声音信号，确定每个声音信号集合各自的全部有效声音信息：通过对每个声音信号集合中的每个声音信号进行时频域变换，确定每个声音信号集合各自的全部声音信息；根据每个声音信号集合各自的全部声音信息确定每个声音信号集合各自的全部有效声音信息。
36.因此，为了获得有效声音信息，可以首先对每个声音信号进行时频域变换来获得不同频率下的多个声音信息。该时频域变换可以包括傅里叶变换和小波变换等。然后从全部声音信息中确定有效声音信息。
37.而数据处理单元130可以配置为采取如下方式根据每个声音信号集合各自的全部声音信息确定每个声音信号集合各自的全部有效声音信息：在每个声音信号集合各自的全部声音信息中选取在100hz至750hz中的多个频率下的声音信息作为有效声音信息。
38.在该实施例中，由于声音信号中包含在不同频率下的众多干扰信息，从而需要选取与车辆声音密切相关的声音信息作为分析基础。因此要确定多个声音信息中与车辆声音密切相关的声音信息，即在不同频率下的有效声音信息。
39.应当理解，监测系统每次对信号进行分析时都会选取与上次同样频率下的声音信息作为有效声音信息，即路面状况监测系统中的数据处理单元在每次执行信号分析时，对于不同频率下的声音信息中的有效声音信息的选取都采用同样的频率，这使得选取频率标准相同，进而分析基准相同。
40.在确定了每个声音信号集合各自的全部有效声音信息后，可以根据频率对每个声音信号集合各自的全部有效声音信息进行分类。分类方式例如可以采取以下形式：根据以上选取有效声音信息时所使用的多个频率来进行分类，在每个声音信号集合各自的全部有效声音信息中，每个频率的有效声音信息分为一类。或者根据以上选取有效声音信息时所使用的多个频率构成的频段来分类，即在多个相邻频率构成的频率区间内的有效声音信息分为一类。
41.然后，数据处理单元130可以配置为采取如下方式根据每类有效声音信息的振幅分布确定声音特征值：根据每类有效声音信息的振幅分布确定标准差；根据所述标准差确定声音特征值。
42.应当理解，每类有效声音信息的振幅分布呈正态分布，因此可以计算得出标准差，
然后例如可将标准差的三倍作为声音特征值。
43.综上可知，每类车辆对应于一个声音信号集合，而每个声音信号集合又对应于根据频率划分的多类有效声音信息。由此，可以获得每类车辆在不同频率或频率区间下的声音特征值。
44.最后，数据处理单元130可以配置为采取如下方式根据该声音特征值与参考值确定监测结果：将所述声音特征值与所述参考值作差来获得偏差；根据所述偏差与预设阈值的差值来确定所述监测结果。
45.该参考值可以通过以下方法来预先确定：预先使用该监测系统100通过第一传感器单元110和第二传感器单元120获取新路面或状态良好路面在上述预设周期(例如一周或一个月)内的多个称重信号和多个声音信号。然后利用数据处理单元130根据上述的方法获得针对每类车辆在不同频率或频率区间下的声音特征值。然后将针对每类车辆在不同频率或频率区间下的声音特征值作为在日常使用该监测系统100时的参考值。并且该参考值可以在监测系统100以后的分析工作中一直使用。当然，该参考值也可以根据路面的使用情况利用以上方法重新计算或者根据实际需要进行调整。
46.因此，数据处理单元130通过将获得的针对每类车辆在不同频率或频率区间下的声音特征值与各自对应的参考值做差而获得各自的偏差，然后将该各自的偏差与各自的预设阈值做差获得各自差值，并将该各自差值作为监测结果。
47.其中，各自的预设阈值可以是根据实际需要或经验人为设定。获得差值表明偏差与预设阈值之间的大小关系。当差值小于或等于0时，监测结果则表明路面状况正常。当差值大于0时，监测结果则表明路面状况异常，可以产生预警信息。
48.由于监测结果包括多个差值，因此可以根据每个差值来判定路面状况，即只要有一个差值大于0，则表明路面状况异常，可以产生预警信息。
49.并且该预警信息根据差值大小和大于0的差值个数可以分为不同的预警级别，本领域技术人员可以根据实际需要或经验设定不同的条件，当具有不同数量的大于0的差值和/或差值落入不同的数值范围内时，生成不同级别的预警信息，差值越大和/或大于0的差值数量越多会对应级别越高的预警。例如：第一级预警，代表可能有所损坏或损坏程度低，需要维护员进行勘察；第二级预警，代表损坏程度较高，需要维护员立即进行勘察；第三级预警，代表损坏严重，需要维护员立即进行勘察和维护。
50.当然也可以对多个差值进行综合判定，即可以设定全部类别车辆或全部类别车辆中的某几类车辆对应的差值都大于0时，才判定路面状况异常，或者可以设定一类车辆中在某几个频率或频率区间下对应的差值都大于0 时，才判定路面状况异常。以上综合判定可以根据经验任意设定，并且可以结合以上预警级别的判定，根据差值大小和大于0的差值个数生成不同级别的预警信息。
51.在如上所述的针对第一传感器单元110和第二传感器单元120的第一种布置方式中，应当注意，在车辆的分类标准和有效声音信息分类标准确定后，在对每个预设周期内的信号进行分析处理时，都会采用相同的标准。当然，可以根据需要重新确定上述标准。此外，由于第一传感器单元110 和第二传感器单元120布置在一起，因此当监测结果表明路面状况异常时，代表第一传感器单元110和第二传感器单元120所在的路面监测区域存在状况。
52.应当注意，在车辆的分类标准和有效声音信息分类标准确定后，在对每个预设周
期内的信号进行分析处理时，都会采用相同的标准。当然，可以根据需要重新确定上述标准。
53.图2是示出根据本公开一个实施例的路面监测系统200的示意性框图。图2中所示的路面监测系统200包括第一传感器单元210、第二传感器单元220、数据处理单元230和预警单元240。
54.图2示出了第一传感器单元210包括多个称重传感器，第二传感器单元220包括多个声音传感器，其中，第一传感器单元210和第二传感器单元220与图1所示的第一传感器单元110和第二传感器单元120的构成、功能、原理以及相互布置关系等相同，在此不再赘述。
55.数据处理单元230与图1中所示的数据处理单元130的区别在于，数据处理单元230配置为采取如下方式根据所述声音特征值与参考值确定监测结果：将所述声音特征值与所述参考值作差来获得偏差，将所述偏差作为监测结果。
56.预警单元240与数据处理单元230连接，并且可以配置成根据所述监测结果来执行预警操作。具体地，所述预警单元240配置为采取如下方式根据所述监测结果来执行预警操作：根据所述偏差与预设阈值的差值来确定预警信息。该预设阈值可以是根据实际需要或经验人为设定。通过该预警单元，可以对路面状况进行及时预警
57.关于预警信息的描述可参照上述结合图1所述的内容，在此不再赘述。
58.根据本公开的未示出的实施例，该路面状况监测系统还可以包括第一存储单元和第二存储单元。
59.第一存储单元用于存储第一传感器单元中的称重传感器获取的称重信号的数据，第二存储单元用于存储第二传感器单元中的声音传感器获取的声音信号的数据。这些数据可以实时传输给数据处理单元，还可以先将这些信号存储在第一存储单元和第二存储单元中，以便随后定期对其进行集中分析处理。当然，第一声音信号的数据以及第二声音信号的数据还可以存储在一个存储单元中，在此不作限制。
60.由于声音传感器和称重传感器获取的信号都是模拟信号，因此第一传感器单元和第二传感器单元可以包括模数转换模块，以对信号进行模数转换。然后，经模数转换的数字信号可以存储在第一存储单元和第二存储单元中。
61.另外，当需要对存储在第一存储单元和第二存储单元中的信号进行分析处理时，例如可以利用传输单元(未示出)将这些信号传送至数据处理单元。具体地，该传输单元可以通过有线或无线的方式将数字信号传送给数据处理单元，有线方式可以通过网线或光纤来实现；无线方式可以通过4g或5g模块来实现。在该实施例中，关于无线传输，可以利用4g或5g 通过zigbee等无线传输技术将数字信号传送给数据处理单元。
62.根据本公开的另一个未示出的实施例，路面状况监测系统还可以包括监控中心，例如监控台，监控中心可以接收来自预警单元的预警信息。如针对图2所描述的，预警信息可以分为不同的预警级别。监控中心在接收到预警信息后，可以根据预警级别通知维护人员对路面状况进行相应的处理。
63.所述预警单元可以将所述预警信息通过如上所述的有线方式或无线方式发送至所述监控中心。此外，预警单元还可以根据生成的预警信息进行现场预警。
64.图3是根据本公开实施例的布置于路面监测区域的第一传感器单元和第二传感器单元的俯视示意图。图3所示出的第一传感器单元中的传感器的布置可以应用于图1至图2
所示出的路面状况监测系统中。
65.第一传感器单元中的称重传感器例如可以是条式传感器。第一传感器单元可以包括沿着垂直于车道方向的方向设置的多组条式传感器。多组条式传感器中的每组可以包括垂直于车道方向且彼此平行布置的多个条式传感器。此外，多组条式传感器中的相邻两组条式传感器可以交错布置。
66.在图3中，箭头所示方向为车道方向，即车辆行驶方向。如图3所示，第一传感器单元包括沿着垂直于车道方向的方向设置的两组条式传感器，即第一组条式传感器311和第二组条式传感器312。每组条式传感器包括垂直于车道方向且彼此平行布置的3个条式传感器1。其中，第一组条式传感器311和第二组条式传感器312交错布置，即第一组条式传感器311 中的3个条式传感器1与第二组条式传感器312中的3个条式传感器1交错布置。每组条式传感器1中的相邻两个条式传感器1之间的间距d1相同，优选地，该间距d1＝1.4m。
67.在实施场景中，车辆通过监测区域时，正常都会压过3个条式传感器(一组)。因此针对车辆的每根车轴，3个条式传感器采集到3个称重信号。
68.此外，第二传感器单元可以布置于第一传感器单元附近的道路门架上。该所述第二传感器单元中的声音传感器配置有拾音器，并且所述拾音器朝向所述第一传感器单元。第二传感器单元中的声音传感器可以安置在门架的上横向架(横跨道路的上部结构)上。
69.在图3中，沿着车道方向在第一传感器单元两侧各设置一个门架20。每个门架20横跨道路或车道设置。每个门架20上安置两个声音传感器，因此第二传感器单元包括4个声音传感器。具体地，每个门架20的上横向架上安置声音传感器，车辆在门架下方通过。由于每个声音传感器配置有拾音器21，因此声音传感器不可见。并且每个拾音器21的开口方向都朝向第一传感器单元，以便声音传感器可以定向获取声音信号，尽可能少的获取干扰声音信号。此外，至少一个声音传感器的拾音器朝向一组第一条式传感器。
70.在实施场景中，车辆通过时，正常会压过3个条式传感器(一组)。因此针对车辆的每根轴，3个条式传感器采集到3个称重信号。同时，4个声音传感器采集到4个声音信号。并且在该情况下，可以根据信号的时序确定属于同一辆车的称重信号与声音信号。
71.以上图1至图3中使用的传感器以及传感器之间的布置仅是示例性的，例如还可以采用其它称重传感器(例如弯板式传感器等)。
72.另外，针对以上第二传感器单元相对于第一传感器单元的布置还可以采取另外的方式。例如针对布置有第二传感器单元的门架，可以沿着垂直于车道方向的方向在第一传感器单元一侧布置一个门架、可以沿着垂直于车道方向的方向在第一传感器单元两侧各布置一个门架，或者可以沿着垂直于车道方向的方向在第一传感器单元一侧布置一个门架。并且可以根据声音传感器的感测性能和拾音器的拾音范围设置任意合适数量的声音传感器。
73.应当注意，尽管在上文详细描述中提及了监测系统的若干单元或模块，但是这种划分仅仅是示意性的并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多单元的特征和功能可以在一个单元中具体化。反之，上文描述的一个单元的特征和功能可以进一步划分为由多个单元来具体化。
74.应当理解，本公开的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本公开的说明书和权利要求书
中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
75.还应当理解，在此本公开说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本公开。如在本公开说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本公开说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
76.虽然本文已经示出和描述了本披露的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式来提供。本领域技术人员可以在不偏离本披露思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本披露的过程中，可以采用对本文所描述的本披露实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本披露的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的等同或替代方案。