一种适用于长大纵坡的性能监测方法、设备及可存储介质与流程

1.本发明涉及长大纵坡技术领域，更具体的说是涉及一种适用于长大纵坡的性能监测方法、设备及可存储介质。


背景技术：

2.近年来，我国的高速公路建设取得了举世瞩目的成就，首先在经济发达的东部省份形成了较完善的公路网，高速公路成为了连接东部发达地区经济脉点的主要纽带；而由于自然地理和资源等方面的客观因素，投融资体系与经济区域划分、区域政策不能良好结合都使中西部地区与东部发达地区之间的差距不断拉大。现如今，随着我国交通事业的进一步发展，道路的建设重心逐渐向西部山区、丘陵等地带转移。
3.为了克服大自然给人类道路交通造成的各类天然屏障，崇山峻岭地区的高速公路必须穿山越岭、跨沟越壑，因此必然会导致其纵坡条件相对平原地区更大、更长，而长大纵坡就是公路为克服自然高差在一定路段上的纵坡积累。但是由于山岭区长大纵坡的特殊纵坡条件，导致车辆在长大纵坡地段行驶时车速较慢且制动频繁，因考虑经济性问题，超载、重载车辆越来越多，且在长大纵坡的上坡路段，车速较低，导致路面的车辙病害和疲劳开裂比较严重，道路寿命明显减短，远远不能达到设计寿命，而且严重影响行驶安全，导致交通事故频发，会出现追尾前车、刮蹭其他车辆、撞击路侧护栏或路侧边坡山体等固定物、撞击或越过中央分隔带护栏、侧翻、冲入避险车道等危害更大、更严重的交通事故。
4.因此，如何对长大纵坡的路面损坏情况进行监测，及时发现问题并发出预警信息，保证驾驶员在长大纵坡路段行驶的安全性是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种适用于长大纵坡的性能监测方法、设备及可存储介质，解决了以上背景技术中存在的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种适用于长大纵坡的性能监测方法，包括以下步骤：
8.在长大纵坡路段的公路两侧间隔一定距离安设路面信息采集装置，实时采集其覆盖范围内的路面数据信息；
9.将所述路面数据信息输入主控制器中进行处理，确定长大纵坡路段的路面损坏情况；
10.当监测到路面存在损坏时，通过北斗定位终端获取路面损坏位置的坐标信息，并通过无线通信装置向处于该路面损坏位置预设范围内的车辆发送预警信息。
11.上述技术方案达到的技术效果为：实时采集与路面相关的数据信息，判断长大纵坡的路面损坏情况，及时发现问题并提醒周围车辆及驾驶员，使其提前避让，确保在长大纵坡路段行驶的安全性。
12.可选的，所述路面信息采集装置包括超声波传感器和监测摄像头，实时采集其覆
盖范围内的路面数据信息，具体包括以下步骤：
13.通过所述超声波传感器向路面发射超声波，采集超声波波形和波速数据；
14.利用监测摄像头，获取其覆盖范围内的监控视频。
15.上述方案达到的技术效果为：采用超声波检测与图像识别检测相结合的方式，除了检测道路表面的裂缝，还可以检测到道路内部的损伤，及时发现存在的问题并及时处理，可避免损坏变大。
16.可选的，通过采集的超声波波形和波速数据确定长大纵坡路段的路面损坏情况，具体为：
17.将采集的超声波波速与数据库中路面正常时测量的超声波波速进行对比，计算二者之间的误差；
18.判断所述误差是否超出预先设定的范围，当超出预先设定的范围时，该路段的路面存在损坏，并基于误差的大小确定路面损坏程度。
19.可选的，通过监控视频确定长大纵坡路段的路面损坏情况，具体包括以下步骤：
20.对所述监控视频进行解码操作，提取关键帧，获得初始图像；
21.对所述初始图像进行预处理，并基于预处理后的图像，判断路面损坏情况。
22.可选的，对所述初始图像进行预处理，具体包括以下步骤：
23.对所述初始图像进行图像分割，提取路面区域的图像，作为第一图像；
24.对所述第一图像进行灰度处理，获取第二图像；灰度处理可以使得目标像素值由一个级别变换到另外一个像素值级别，提高图像的对比度，达到增强的目的；
25.利用中值滤波器去除图片噪声，获取第三图像；中值滤波器对于灰度变化范围较小的图像能够得到较好的过滤效果，对于图像目标边缘的模糊度影响较小；
26.采用canny边缘检测算法在所述第三图像中提取破损路面的边缘信息，确定路面损坏程度，采用canny模板，既能去除噪音又能保持边缘特性。
27.本发明还公开了一种适用于长大纵坡的性能监测设备，包括：路面信息采集装置、主控制器、北斗定位终端、无线通信装置；所述主控制器分别与路面信息采集装置、北斗定位终端、无线通信装置相连；
28.所述路面信息采集装置间隔一定距离地安设在长大纵坡路段的公路两侧，用于实时采集其覆盖范围内的路面数据信息并传输至主控制器；
29.所述北斗定位终端，当监测到路面存在损坏时，用于获取路面损坏位置的坐标信息并传输至主控制器；
30.所述主控制器，用于对输入的路面数据信息进行处理，确定长大纵坡路段的路面损坏情况；当路面存在损坏时，通过无线通信装置向处于该路面损坏位置预设范围内的所有车辆发送所述路面损坏位置的坐标信息及路面数据信息，以使车辆提前避让；
31.所述无线通信装置，用于传输所述路面损坏位置的坐标信息及路面数据信息。
32.可选的，所述路面信息采集装置包括超声波传感器、监测摄像头；
33.所述超声波传感器包括超声波发射探头和超声波接收探头，所述超声波发射探头和超声波接收探头安设于道路两侧，用于获取超声波波形和波速数据；
34.所述监测摄像头间隔一定距离地安设于道路两侧，用于获取其覆盖范围内的监控视频。
35.可选的，所述主控制器包括计算单元、视频解码器、判断单元；所述计算单元、视频解码器均与所述判断单元相连；
36.所述计算单元，用于将采集的超声波波速与数据库中路面正常时测量的超声波波速进行对比，计算二者之间的误差；
37.所述视频解码器，用于对所述监控视频进行解码操作，提取关键帧，获得初始图像；
38.所述判断单元，基于所述误差和初始图像，确定路面是否存在损坏及路面损坏程度。
39.可选的，还包括人机交互装置，所述人机交互装置安装于车辆内部，用于实时接收所述路面损坏位置的坐标信息及路面数据信息。
40.本发明还公开了一种计算机可存储介质，其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以上所述适用于长大纵坡的性能监测方法的步骤。
41.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种适用于长大纵坡的性能监测方法、设备及可存储介质，具有以下有益效果：
42.(1)本发明实现了对长大纵坡路面损坏情况的实时监测，能够及时发现问题并发出预警信息，保证驾驶员在长大纵坡路段行驶的安全性；
43.(2)本发明采用超声波检测与图像识别检测相结合的方式，除了检测道路表面的裂缝，还可以检测到道路内部的损伤，能够提前发现路面存在的问题并及时处理，可避免损坏变大；
44.(3)本发明通过北斗定位终端获取路面损坏位置的高精度定位信息，提高了检测效率，确保能及时向接近该位置的车辆及驾驶员发送预警信息。
附图说明
45.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
46.图1为适用于长大纵坡的性能监测方法的流程图；
47.图2为适用于长大纵坡的性能监测设备的结构图。
具体实施方式
48.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
49.实施例1
50.本发明实施例公开了一种适用于长大纵坡的性能监测方法，如图1所示，包括以下步骤：
51.(1)在长大纵坡路段的公路两侧间隔一定距离安设路面信息采集装置，实时采集
其覆盖范围内的路面数据信息；其中，路面信息采集装置包括超声波传感器和监测摄像头，实时采集其覆盖范围内的路面数据信息，具体包括以下步骤：
52.通过超声波传感器向路面发射超声波，采集超声波波形和波速数据；利用监测摄像头，获取其覆盖范围内的监控视频。本实施例中采用超声波检测与图像识别检测相结合的方式，除了检测道路表面的裂缝，还可以检测到道路内部的损伤，能够提前发现路面存在的问题并及时处理，可避免损坏变大。
53.(2)将路面数据信息(包括超声波波形和波速数据、监控视频)输入主控制器中进行处理，确定长大纵坡路段的路面损坏情况，具体包括以下步骤：
54.通过采集的超声波波形和波速数据确定长大纵坡路段的路面损坏情况，具体为：将采集的超声波波速与数据库中路面正常时测量的超声波波速进行对比，计算二者之间的误差；判断误差是否超出预先设定的范围，当超出预先设定的范围时，该路段的路面存在损坏，并基于误差的大小确定路面损坏程度。
55.通过监控视频确定长大纵坡路段的路面损坏情况，具体为：对监控视频进行解码操作，提取关键帧，获得初始图像；对初始图像进行预处理，并基于预处理后的图像，判断路面损坏情况。
56.其中，预处理的具体操作包括：
57.对初始图像进行图像分割，提取路面区域的图像，作为第一图像；
58.对第一图像进行灰度处理，获取第二图像；灰度处理可以使得目标像素值由一个级别变换到另外一个像素值级别，提高图像的对比度，达到增强的目的；灰度图像上每个像素的颜色值又称为灰度，指黑白图像中点的颜色深度，范围一般从0到255，而本步中的灰度化处理可以为之后的图像识别和图像分析等操作做准备，具体地，可以采用加权平均，即将彩色图像中三通道加权后的值作为灰度值，表达式如下：
59.gray＝0.2989*r 0.5870*g 0.1140*b；
60.进一步地，还可以进行直方图均衡化处理，增强图像的对比度，使图像更清晰；
61.利用中值滤波器去除图片噪声，获取第三图像；中值滤波器对于灰度变化范围较小的图像能够得到较好的过滤效果，对于图像目标边缘的模糊度影响较小；
62.采用canny边缘检测算法在第三图像中提取破损路面的边缘信息，确定路面损坏程度，采用canny模板，既能去除噪音又能保持边缘特性。canny边缘检测算法可以分为以下5个步骤：应用高斯滤波来平滑图像，目的是去除噪声；找寻图像的强度梯度；应用非最大抑制技术来消除边误检；应用双阈值的方法来决定可能的边界；利用滞后技术来跟踪边界。
63.(3)当监测到路面存在损坏时，通过北斗定位终端获取路面损坏位置的坐标信息，并通过无线通信装置向处于该路面损坏位置预设范围内的车辆发送预警信息。
64.本实施例还公开了一种计算机可存储介质，其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以上所述适用于长大纵坡的性能监测方法的步骤。
65.实施例2
66.本实施例公开了一种适用于长大纵坡的性能监测设备，如图2所示，包括：路面信息采集装置、主控制器、北斗定位终端、无线通信装置；主控制器分别与路面信息采集装置、北斗定位终端、无线通信装置相连；
67.其中，路面信息采集装置间隔一定距离地安设在长大纵坡路段的公路两侧，用于
实时采集其覆盖范围内的路面数据信息并传输至主控制器；
68.北斗定位终端，当监测到路面存在损坏时，用于获取路面损坏位置的坐标信息并传输至主控制器；通过北斗定位终端获取路面损坏位置的高精度定位信息，提高了检测效率，确保能及时向接近该位置的车辆及驾驶员发送预警信息；
69.主控制器，用于对输入的路面数据信息进行处理，确定长大纵坡路段的路面损坏情况；当路面存在损坏时，通过无线通信装置向处于该路面损坏位置预设范围内的所有车辆发送所述路面损坏位置的坐标信息及路面数据信息，以使车辆提前避让；
70.无线通信装置，用于传输所述路面损坏位置的坐标信息及路面数据信息。
71.进一步地，路面信息采集装置包括超声波传感器、监测摄像头；超声波传感器包括超声波发射探头和超声波接收探头，超声波发射探头和超声波接收探头安设于道路两侧，用于获取超声波波形和波速数据；监测摄像头间隔一定距离地安设于道路两侧，用于获取其覆盖范围内的监控视频。
72.进一步地，主控制器包括计算单元、视频解码器、判断单元；计算单元、视频解码器均与判断单元相连；
73.计算单元，用于将采集的超声波波速与数据库中路面正常时测量的超声波波速进行对比，计算二者之间的误差；
74.视频解码器，用于对监控视频进行解码操作，提取关键帧，获得初始图像；
75.判断单元，基于误差和初始图像，确定路面是否存在损坏及路面损坏程度。
76.在进一步的实施例中，该设备还包括人机交互装置，人机交互装置安装于车辆内部，用于实时接收路面损坏位置的坐标信息及路面数据信息。其中，人机交互装置可以包括显示屏、语音播放装置，实时显示接收的超声波波形和波速数据、路面损坏位置的坐标信息，并通过语音播报的方式向驾驶员播放预警提示信息。
77.此外，该设备还可以安装在正在行驶的汽车上，在行驶过程中，通过红外摄像头对路面进行摄像，并通过图形采集器和处理器处理，将得到的数据及图像发送到远程控制终端，让路面维护人员了解路面损伤情况；还可以通过与摄像头相连的伸缩杆改变摄像头的摄像范围，使拍摄的画面更清晰，提高检测精度。
78.由于长大纵坡的特殊性，其路面的车辙病害和疲劳开裂比较严重，道路寿命明显减短，远远不能达到设计寿命，而且严重影响行驶安全，导致交通事故频发，会出现追尾前车、刮蹭其他车辆、撞击路侧护栏或路侧边坡山体等固定物、撞击或越过中央分隔带护栏、侧翻、冲入避险车道等危害更大、更严重的交通事故。而基于以上公开的本发明中的技术方案能够实现对长大纵坡路面损坏情况的实时监测，及时发现问题并发出预警信息，保证驾驶员在长大纵坡路段行驶的安全性。
79.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
80.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明
将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。