基于车载图像处理的道路检测技术研究

基于车载图像处理的道路检测技术研究

李琪

广州诚安路桥检测有限公司   广州市番禺区/511400

摘要：近年来我国公路建设里程的不断增长、交通车流量的快速增加以及大众需求的日益提高，公路管养的规模越来越大。我国公路的管养速度已经超越了建设速度，公路发展的重点逐渐由建设到养护进行转型。对管养任务起指导与修正作用的道路病害检测成为管养人员主要关注重点，现行的公路管养机制中，路面表观病害的检测多是养护人员肉眼观察或是使用直尺、塞尺等简易的测量工具进行测量。经过长期检测经验发现，人工调查检测的方法存在检测效率低、危险性高、检测精度低等缺点，引起养护设计与决策工作的延误及偏差，常导致错过最佳的养护维修时机，造成养护经费的浪费[1]。国内现有的车载路面破损系统以及三维激光检测系统随着道路管养需求不断更新发展，设备专业性也在逐渐改进，因此，基于车载图像处理具有重要意义。

关键词：车载图像可视化；车载路面破损系统；道路表面病害检测；

引言

随着传感器技术的发展，新兴的车载路面破损系统与三维激光检测技术依靠其检测过程方便，检测数据多，检测精度高的特点使得以机动车为检测平台的三维激光检测系统成为道路路面表观病害检测的热门研究方向。在静态以致低速试验条件下，车载路面破损系统与三维激光检测系统可以完成对路面图像、车辙、坑槽、拥包等路面表观病害以及平整度、构造深度等指标的检测，各项精度均可达到工程建设要求[2]。

一、定位系统

集成定位系统采用组合定位方式，运用空间匹配算法，将空间信息数据和公路网地理信息数据融合，进行航位推算定位，为采集数据提供精度保障。由DMI及高精度GPS组合定位，并采用属性手柄人工辅助定位。

1.高精度GPS及DMI组合定位。实时确定系统的位置及姿态，为检测的各指标能进行准确计算提供基础；主要由距离测量装置（DMI）、卫星导航定位系统及定姿系统（GPS/北斗）组成。（1）高精度GPS/北斗。GPS/北斗天线安装于载车车顶的前方，以接收卫星信号。GPS/北斗定姿定位系统用于实时记录采集工程的行驶轨迹信息，提供准确的时间、位置及里程信息，定位精度精确至米。在主控软件的地图上界面会实时显示行驶轨迹信息。（用户可选加装利用多基站网络RTK技术建立的连续运行卫星定位服务参考站，简称CORS，可将定位精度提高至米。（2）DMI定位。编码器在随车轮转动的过程中，按照预先设定的初值输出矩形脉冲，从而通过控制器计算出车辆行驶的距离（编码器设置为1mm一个脉冲）；同时通过触发手柄记录整公里里程桩号信息，为进行里程校正提供依据。正常工作状态下，同步控制器为外触发模式时，前面板液晶显示屏能实时显示车辆的行驶速度。

2.人工辅助定位。人工辅助定位由属性手柄及触发手柄组成，对采集工程的特征点做标记及桩号修正；属性手柄及触发手柄按下后，均会出现“嘀”的提示音，所按的手柄标记信息会显示在主控软件的地图界面上，且同时保存在主控文件中。（1）属性手柄。手柄安装在车内副驾驶位置，它是通过记录特定的字符代码标记并区分当前采集路面的情况、路面类型、以及整公里桩号触发等内容， 方便数据处理和识别。手柄由按键区和显示区组成，按键区内的按键是用户记录数据的唯一输入设备。显示区内由当前GPS时间、行程、显示记录数据组成。一般默认空格键为整公里修正，比如：“1”标记为路口入，“2”标记为入口出，其他按键可由用户自行定义。（2）触发手柄。为方便操作，触发手柄位于桌面柜子内部，只将常用的“路口入”、“路口出”、“整公里触发”按键接出来安装在桌面上。

3.存储系统。存储系统由两台高配置工控机加一台线扫描三维控制器组成，具有强劲的性能和坚实的稳定性，如图1所示，工控机前面板左侧有5个指示灯，从左向右依次为电源指示灯、硬盘指示灯、温度指示灯、风扇指示灯及工控机自带的两个网口指示灯；右侧面板可打开，右侧面板内有两硬盘抽取盒、光驱槽、系统复位按钮、报警复位按钮及电源开关。

图 1 工控机前面板示意图

二、检测模块

由CCD相机、3D相机、激光器、加速度计、测距机、POS等高精度传感器，构成平整度检测模块、构造深度检测模块、车辙检测模块、路面破损检测模块、沿线设施检测模块的硬件部分。

1.平整度检测模块。平整度测量模块主要由2个激光测距器和2个加速度计及数据采集器构成，1个激光测距机和1个加速度计构成一个测量单元，左右两个测量单元分别安装于两后车轮前方，测量左、右轮迹带上的平整度。数据采集器放置于左机柜最下方，用于捕获测距机的模拟信号并将其数字化导入计算机进行数字处理。该模块以惯性地面为参考物，利用测距机对道路纵断面高程进行检测，同时配合加速度计对因车辆颠簸引起的测量误差进行修正，实时检测道路纵断剖面曲线，计算平整度值。（可选配单边平整度，安装于左或右轮迹带上）。

2.构造深度检测模块。该模块与平整度系统共用硬件设备，利用测距机对被测道路纵断面高程进行高频采集，根据采集到的断面信息进行线性拟合，通过理论模型推算出被测表面构造深度。

3.车辙检测模块。车辙测量模块主要由两台高分辨率CCD 相机、两台红外激光器、及一张Matrox SoliosXCL采集卡构成。车辙检测系统安装于车身尾部下方的2台红外激光器和2台CCD相机在同步控制器的触发控制下对道路变形进行检测。通过对相机拍摄的线激光在路面上的形变情况进行取点分析，提取道路横向轮廓，再将像方坐标投影转换为实际物方坐标，最终与标准车辙模型进行匹配计算，可检测出道路变形、左右车辙深度等道路病害信息。本系统采用激光线结构光测量技术，采集数据实时处理。检测系统使用大功率不可见红外光激光发生器，可抗环境光干扰；保证在100Km/h速度下，实时输出测量结果，不保留中间数据。

4.路面破损检测模块。路面破损测量模块主要由分辨率为 2048 像素/行的2台线阵相机和红外激光路面辅助照明系统组成，保证了昼夜全天候对路面破损进行检测；在时速5～100公里/小时情况下，通过车身尾部的线扫描相机对路面图像进行高速连续拍摄来实现对车道路面病害的采集。系统采用自动识别技术或人机对话判断病害类型、圈定病害范围的方式。线扫描相机安装在相机盒护罩内，护罩固定于车体尾部的支架两端，与地面呈 90°垂直拍摄；同时对于白天太阳光引起的图片阴影的问题，采用红外滤光片进行滤除。高分辨率、高质量的图像保证了人眼能够直接辨认路面破损。

5.沿线设施检测模块。沿线设施图像采集模块主要由高分辨率、 高色彩还原度的彩色数字CCD相机以一定间隔采集前方道路两侧景观图像，并实时存储采集的前方道路景观图像。利用双目测量原理，可测量沿线设施的尺寸信息。

三、数据管理

在各项道路原始数据录入系统，形成可视化车载图像后，通过人工或自动的方式进行处理，计算道路评定的各项指数，利用这些数据可随时检索查询道路状况、自动生成各种道路技术状况评定报表、建立道路养护分析平台以及对未来的路面使用性能做出预测，为公路调查、勘察设计、养护决策提供科学有效的数据。

四、结束语

总之，随着我国社会经济的不断发展，对交通运输提出了更高的要求。作为现代社会交通运行的重要方式之一，公路建设对促进我国的社会经济发展和进步，具有积极的意义。因此，必须要不断提高对公路各项的无损自动化检测技术水平，通过高水平、高质量的检测，有效保证公路的管养监测质量，保证人们安全出行，对推动我国社会经济的进步做出可靠技术保障。

参考文献：

[1]朱罡,薛敏.浅谈JG-1型激光三维路面状况检测系统的应用[J].山西建筑,2007,33(23):280-281.

[2]苏珠.车载图像处理的道路检测技术研究.2021.