一种基于数字孪生技术的高速公路智能巡检方法和装置与流程

1.本发明涉及公路交通领域，具体涉及一种基于数字孪生技术的高速公路智能巡检方法和装置。


背景技术：

2.随着交通行业的不断发展，我国公路养护里程数不断攀升，由于交通工程为线性工程，视频监测覆盖范围有限，更多依赖人工方式进行巡检。但目前巡检养护人员存在人手不足，且文化水平不高的问题，对巡检过程中的复杂操作较为排斥，影响巡检效率与质量。养护过程中，作业人员在寻找病害位置方面往往依托百米桩的大致记录，缺少准确的位置提示，影响养护效率。此外在公路性能评价方面缺少日常巡检评价方式，虽然定期巡检能够对公路运行状态做出全面评价，但存在一定滞后性，公路养护专项方案制定缺少可视化统计依据，往往通过往年经验。
3.例如，一种在中国专利文献上公开的“一种智慧公路的巡检无人机控制方法和装置”，其公告号cn110825099b；控制方法包括如下步骤：获取各段公路的车流量，并根据各段公路的车流量确定其所需的巡检频率；公路的车流量与其所需的巡检频率呈正相关的关系；确定各巡检无人机的巡检线路，并结合各段公路所需的巡检频率和巡检无人机的飞行速度，得到各段公路所需巡检无人机的数量；所述巡检线路为环形线路；在巡检线路上设置与巡检无人机数量相应的起始点，各相邻两个起始点在巡检线路上的距离相同；将各巡检无人机设置在起始点上，然后同时控制各巡检无人机沿着巡检线路顺时针或逆时针进行巡检。该申请所提供的技术方案，能够解决现有技术中由于对公路巡检无人机控制不合理而导致巡检可靠性较低的问题。然而该技术通过无人机等进行路面病害判断，靠人工保养，保养后的路面是否已经消除病害则无法通过任何的手段得到，只能等待二次巡检时得到答案，因此保养具有一定的滞后性，且无法实时判断该地病害情况，也无法将各保养区域历年的数据与此时的加以比对，确定保养效果。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提供一种基于数字孪生技术的高速公路智能巡检方法和装置；通过图像识别技术直接对存在病害问题的路面，根据库中的病害种类判定公路病害程度和种类，通过导航技术，引导养护作业人员直达公路病害位置，免去靠经验寻找病害位置的问题，提升养护效率；同时基于三维可视化技术，大数据分析技术手段，以热力图的形式，直观反应公路运行状态，为后续公路养护专项工程，提供可视化、可量化的参考依据。
5.为实现上述目的，根据发明实施的一个方面，提供了一种基于数字孪生技术的高速公路智能巡检方法。
6.一种基于数字孪生技术的高速公路智能巡检方法，包括：s1、根据拓扑图构建相对位置下的公路孪生模型；利用三维建模工具基于设计图纸构建相对位置下的公路孪生模型；
s2、采集公路百米桩的实际经纬度，将公路孪生模型的百米桩位置与其实际对应的百米桩经纬度进行匹配重合；s3、收集典型公路病害类型，以图片形式进行表征储存；s4、以工作人员手持移动终端作为巡检作业终端，采集道路病害信息；s5、通过典型公路病害类型分析道路病害类型，并基于位置差分法将移动终端定位信息转化为对应病害桩号信息；s6、将病害类型及其实际状态上传至网络后台，进行病害类型二次确认后，将病害类型及其位置信息同步映射在公路孪生场景下；s7、针对单个病害信息，养护作业人员移动端同步收到养护作业工单，并基于病害桩号信息对病害处进行养护拍照；经过专员审核确认，公路孪生模型中的病害图层消失；s8、通过病害热力图的方式统计一定时间内病害在某一位置下的频次高低。
7.在巡检过程中结合典型病害图片自动匹配现实公路病害类型并基于位置差分法自动将病害手机定位信息转化为公路运营桩号，通过拍照结合信息水印的方式，集成巡检关键信息，减少巡检人员录入病害信息操作；经审核后的病害信息，自动展现在孪生场景位置下，可统计一定时间范围下，病害位置分布规律，为后续专项养护工程方案制定及公路状态三维性能分析提供数据基础；此外，养护作业人员通过移动端在三维场景下能够以导航的形式直达病害位置，免去常规寻找病害位置的环节，提高养护作业效率，同时养护路线可同步显示在孪生场景中，养护过后，病害图层同步消失，使虚拟与现实同步映射。
8.作为优选，所述步骤s3中，将公路按照每一百米为一个管控单元，并与实际的百米桩相对应；通过轻量化引擎将客户端优化后的公路孪生模型转换为网页端显示，并提取模型对应的位置信息及病害信息。采集公路实际运维过程中的百米桩经纬度，建立百米桩与经纬度的映射关系，并进一步基于位置差分法实现两个百米桩之间隔一米距离下与经纬度的对应关系，实现经纬度与运维桩号的转换，结合管养准确的需要可进一步提升映射颗粒度。将处理好的三维模型进行轻量化发布，使其能够展现在网页端，方便对方协同。
9.作为优选，所述步骤s4采集的信息包括病害的位置信息、照片信息，采集设备为移动端或采集车等设备。通过采集设备能够快速的采集到该公路处各处公路桩位置所在的地面病害信息，并使用移动终端直接对公路灾害进行初步判断，加快判断速度的同时，可以通过互联网图像对比直接判定和技术人员判定进行双重保障，避免因单次判定失误造成灾害延期处理等问题。
10.作为优选，所述步骤s6中服务器针对公路现场照片和典型病害类型图像信息进行图像比对，同时将比对结果、病害位置信息、采集照片以及采集作业的人员姓名、以水印的方式呈现在采集照片上，同时对应信息也同步填写至对应信息空白处。巡检作业人员进行日常巡检过，以照片的形式拍照记录病害图像信息，通过图像灰度分布情况，判别病害是横向裂纹、纵向裂纹、龟裂、坑槽等，并将判断的病害信息类型以水印的方式同步显示在照片上；可选的，水印信息支持自定义配置，内容信息可包含：巡检的时间、巡检人、位置信息，该位置信息将采集人员的定位信息通过经纬度与运维桩号映射关系，转化为桩号信息。后续在检修和巡检时，可以快速匹配到人。
11.作为优选，所述步骤s7中，导航前往病害位置时，绘制养护作业人员轨迹并映射在公路孪生模型场景中，用于监管养护作业人员的实际工作情况。
12.作为优选，所述步骤s8具体包括：通过每一百米公路管理单元下病害的分布疏密情况，反应该路段的健康状态，通过三色热力图的形式在公路孪生模型的场景中显示；其中，s为健康度颜色，状态分别为：健康对应绿色、警示对应橙色、危险对应红色；l为管理单元的长度，根据管理的颗粒度进行划分；n为病害个数、a为病害下限个数、b为病害上限个数；当n=0，s为绿色；当a≤n≤b，s为橙色；当n≥b，s为红色。通过每一百米公路管理单元下，病害的分布疏密情况，反应该路段的健康状态，同时可通过三色热力图的形式直观在孪生场景下进行显示。为后续专项养护工程制定提供可参考的量化数据。
13.一种基于数字孪生技术的高速公路智能巡检装置，包括：工作站电脑，用于创建与实际公路形貌及位置相匹配的孪生公路场景并发布，并将发布后的场景存储于服务器中；服务器，用于存储系统数据及业务逻辑程序，并通过互联网对客户端电脑或移动终端提供服务；客户端电脑，访问孪生巡检系统并审核病害信息，审核后的病害信息将自动同步映射在服务器孪生公路相应位置上；客户端电脑能够同步访问孪生场景变化信息；移动终端，访问孪生巡检系统并审核病害信息，审核后的病害信息将自动同步映射在服务器孪生公路相应位置上；养护人员利用移动终端接收养护工单任务，并通过移动终端的导航模块直达病害位置，并记录养护结果。
14.养护人员利用移动终端接收养护工单任务，并通过移动终端的导航模块直达病害位置，并记录养护结果，实现公路巡检养护业务闭环。通过图像识别技术直接对存在病害问题的路面，根据库中的病害种类判定公路病害程度和种类，通过导航技术，引导养护作业人员直达公路病害位置，免去靠经验寻找病害位置的问题，提升养护效率。
15.本发明的有益效果为：通过图像识别技术直接对存在病害问题的路面，根据库中的病害种类判定公路病害程度和种类，通过导航技术，引导养护作业人员直达公路病害位置，免去靠经验寻找病害位置的问题，提升养护效率；同时基于三维可视化技术，大数据分析技术手段，以热力图的形式，直观反应公路运行状态，为后续公路养护专项工程，提供可视化、可量化的参考依据。
附图说明
16.图1为本发明的流程图；图2为本发明系统构成示意图；图3为本发明移动终端装置主要模块示意图。
具体实施方式
17.一种基于数字孪生技术的高速公路智能巡检方法和装置，本实施例以高速公路为例，其流程图如图1所示，一种基于数字孪生技术的高速公路智能巡检方法和装置，包括如下操作步骤：s1：利用三维建模工具基于设计图纸构建相对位置下的公路孪生模型。公路孪生模型为工程设计期利用工作站电脑下的三维建模工具设计的成果。
18.s2：采集实际公路百米桩对应经纬度，并以此为标记底板，将公路孪生模型的百米
桩位置与上述经纬度位置进行匹配重合。并进一步基于位置差分法实现两个百米桩之间隔一米距离下与经纬度的对应关系，实现经纬度与运维桩号的转换，可选的，结合管养准确的需要可进一步提升映射颗粒度。
19.s3：整理典型公路路面类型，并以图片的形式进行表征存储，如横向裂纹、纵向裂纹、龟裂等。
20.s4：将调整好的孪生模型进行解析发布，使其能够在网页端和移动端进行展示。
21.s5：移动终端作为巡检作业终端，采集道路病害信息；此外此移动终端可为手机或经过改装的车载移动巡检车。通过调用300移动终端装置下的301拍照模块、302图像识别模块、303图像信息显示模块及304图像信息编辑模块实现对病害信息的采集，病害照片水印的信息显示以及水印信息编辑功能，实现对病害信息的采集，如图3所示。
22.s6：结合典型病害类型示例图片，系统自动判断病害类型，同时基于位置差分法，将手机定位信息转化为对应病害桩号信息。其中图像识别模块通过图像灰度分布情况，判别病害是横向裂纹、纵向裂纹、龟裂、坑槽等，并将判断的病害信息类型以水印的方式同步显示在照片上；水印信息支持自定义配置，内容信息可包含：巡检的时间、巡检人、位置信息，该位置信息将采集人员的定位信息通过经纬度与运维桩号映射关系，转化为桩号信息。
23.s7：巡检病害信息经专业技术人员确认，确认后的病害类型及位置信息同步映射在公路孪生场景下。通过人员的二次确认觉得是否对养护作业人员派发养护工单。
24.s8：针对单个病害信息，养护作业人员移动终端同步收到养护作业工单，并基于公路病害位置信息导航至病害位置处。调用移动终端下的定位模块和导航模块，实现对病害位置的自动导航，通过工单的病害位置信息，直达病害位置，免去查找病害位置的环节。提高养护效率，如图3所示。
25.s9：养护作业完毕后，养护人员通过移动终端拍照。调用移动终端下的拍照模块，以照片的形式如实反应养护作业情况。
26.s10：经过专业技术人员审核确认病害养护完成后，孪生场景中的病害图层消失，养护流程结束。通过上述内容在实现业务闭环的同时，也实现了公路孪生场景与现实公路的同步映射。
27.s11：通过病害热力图的方式统计一定时间下病害在某一位置下的频次高低。
28.s为健康度颜色，状态分别为：健康-绿色、警示-橙色、危险-红色；l为管理单元的长度，可根据管理的颗粒度不同进行划分，本示例中为l=100m；n为病害个数、a为病害下限个数、b为病害上限个数，且a=1、b=4，其中，l、a、b的取值和结合实际管养情况进行调整；当n=0，s为绿色；当a≤n≤b，s为橙色；当n≥b，s为红色以上s1、s2、s4步骤在“u1工作站电脑”中进行处理，s3、s5、s6、s7 、s8 、s9步骤在“u2 服务器”中进行处理，s5、s6、s7、s9步骤在“u3 移动终端”，s7、s8步骤在“u4 客户端电脑”，同时u2与u3和u4通过u5互联网或专线进行数据通信，如图2所示。
29.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要素和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何
在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同于替换和改进等，均应包含在本发明受保护的范围。