专利名称：路面缺陷检测系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种路面缺陷和路面状态检测技术，尤其是涉及一种针对浙青高速公路等路面施工质量进行监测的系统及方法。
背景技术：
目前，国内外对高速公路等浙青路面或其他路面的路面缺陷进行监测时，常采用 “人工目视检测法”或“基于红外热差的路面透水性评估及配套养护技术”等对路面缺陷进行快速检测和评估。“基于红外热差的路面透水性评估及配套养护技术”所采用的核心仪器为红外测温仪(或称红外点测温仪)，其路面缺陷检测系统将若干台红外测温仪并排固定在检测车辆尾部，在汽车行进过程中通过距离传感器触发红外点测温仪工作，采集高速公路等路面监测范围内的温度数值，通过多点温度值形成温度曲线，再由温度差异曲线模拟形成路面热差(温度差)图谱，作为路面的检测数据，进而判断路面的损坏情况。红外测温仪是一种利用安装在其内的光电探测器探测物体表面温度的仪器，其由光电探测器发射红外线光束，此发射光束在碰到物体表面后反射回来，再聚焦在到光电探测器上。因为相较前述发射光束而言，返回的光束所携带的红外热能视所述物体的材质和表面状态的不同而有程度不同的能量损失，该光电探测器接收所返回的红外线光束的能量并将其转换为相应的电信号，该电信号再被换算为被测目标的温度值。由于红外测温仪被用来对物体表面的某个点位置处的温度进行逐一测量，因此理想的情形是将发射光束聚焦到物体表面的一个点处，这样测得的温度才是最精确的该点温度。然而，由于光束的散射现象，从光电探测器发射的光束在经过一定距离而最终接触到物体表面时，已经不是射到一个点上，而是变成一块区域，此区域的面积大小显然与光电探测器与被测物体的距离(即测温距离)成正比。因此红外测温仪实际测得的温度是一块区域的平均温度。而且，红外测温仪虽然能通过一次或多次测量而给出被测物体某些点(或区域) 处的温度，其并不能提供被测物体的直观的图像或提供能够体现被测物体的结构特征的红外热图，因而现有技术的这种基于红外测温仪的路面缺陷检测方式由于没有真实的现场图像做参考，检测结果不够直观，对路面缺陷的判断、定位和分析都很困难，容易造成漏测或误测，不能满足实际检测评估需要。例如，专利号为200420041784的专利文献“红外路面温度测试仪”就公开了这样一种路面缺陷检测系统，其利用红外测温仪采集浙青路面温度，根据温度差异形成热差图谱，从定量、定性和定位三方面评估路面的透水区域。主要工作原理是由于路面密实度、透水率存在不一致性，导致雨后结构层内含水量的不同，经过日照水分蒸发带走热量，使路面呈现不同的温度反映，通过对热差图谱的分析可以判定密实度的差异。由于此系统的核心检测设备采用的是红外测温仪，其工作原理决定了它只能测温不能成像，所以不能直观地反映被测物体的热分布图像；又由于红外测温仪检测出的红外数字信号是与测温距离成正比的一块区域(被测区域)面积的平均温度，所以其测温结果的精确性存在一定误差；再者，由于红外测温仪所测温度数值是点数据(最多也只是一小块区域的红外数字信号，基于路面检测的精度要求此区域还不能太大)类型，所以单个红外测温仪的检测面积非常有限，即使在一台检测车辆上加装多台红外测温仪，一次最多也只能监测一条车道，因此其要想实现对多车道路面的全面检测肯定是即费时又费力，例如， 上述专利申请的说明书在对其附图1的说明中称“图谱区按照温度差形成的热差图谱， 偏红表示高温区、偏兰表示低温区，每次检测一个车道”，可知其也仅仅只能实现对单车道的检测。

发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于红外成像技术的路面缺陷检测系统，其利用红外热成像技术快速、直观地检测高速公路等浙青路面或其他路面的缺陷，为相关道路渗水、裂缝、坑槽、松散、层间脱落等缺陷的保养维修提供准确的技术依据。为了达到上述目的，本发明提供一种基于红外成像技术的路面缺陷检测系统，该系统包括检测车辆，在被检测路面上行驶；云台，设置在该检测车辆上，该云台相对于该检测车辆进行水平旋转和竖直旋转；红外热像仪，可拆卸地设置在该云台上，该红外热像仪用于拍摄所述被检测路面的红外热图，并输出与该被检测路面的包含有温度数值的红外热图相关的红外热图数字信号；主控制器，设置在该检测车辆上并分别与该云台和该红外热像仪连接，用以控制该红外热像仪的拍摄动作，以及控制该云台的水平旋转角度和竖直旋转角度，并将该红外热像仪输出的红外热图数字信号转换为用于标准网络传输的红外数字信号；以及数据处理器，用以生成并输出对所述红外热像仪的控制信号，以及用以接收所述红外数字信号并对其进行分析和处理，以确定所述被检测路面的缺陷类型及缺陷的定位位置。根据本发明的实施例，该主控制器包括USB信号转换板，将与该红外热像仪拍摄的包含有温度数值的红外热图数字信号转换为USB信号；USB接口，用以传送所述USB信号；以及数据分析和控制模块，将来自该USB接口的USB信号转换为用于标准网络传输的所述红外数字信号病将其通过网线实时发送至该数据处理器，根据来自该数据处理器的测距信号产生热像仪控制信号，并将所述热像仪控制信号发送至该红外热像仪以控制该红外热像仪的拍摄动作，以及根据来自该数据处理器的云台控制信号产生云台驱动信号，并将所述云台驱动信号发送至该云台以控制该云台的水平旋转和竖直旋转。根据本发明的实施例，该云台包括主体机座，固定安装在该检测车辆上；竖直驱动电机，设置在该主体机座中；竖直旋转机构，设置在该主体机座上并与该竖直驱动电机联动，以实现竖直旋转；水平驱动电机，设置在该主体机座中；以及水平旋转机构，设置在该竖直旋转机构上并与该水平驱动电机联动，以实现水平旋转，同时该水平旋转机构在该竖直旋转机构的带动下一起进行竖直旋转；以及固定支架，设置在该水平旋转机构上，用以可拆卸地固定该红外热像仪的机身。根据本发明的实施例，该竖直旋转机构的旋转速度为3-5° /S，竖直旋转的角度范围为10-90°。根据本发明的实施例，该水平旋转机构的旋转速度为6-12° /S，水平旋转的角度范围为0-355°。根据本发明的实施例，该数据处理器包括数据输入接口，接收来自该主控制器的红外数字信号；数据分析模块，应用路面缺陷分析软件对来自数据输入接口的红外数字信号进行截图处理和数据分析，根据处理后数据来确定被检测路面上的缺陷类型、缺陷定位位置；以及存储模块，将所述处理后数据及确定结果存储其中。根据本发明的实施例，该数据处理器还包括显示模块，用以直观显示被检测路面的红外热图、红外数字信号、缺陷类型、缺陷定位位置及建议处置方案。根据本发明的实施例，该数据处理器的数据输入接口通过RJ45标准网络接口与该主控制器实现数据传送和网络通信。根据本发明的实施例，该主控制器和该数据处理器具体实现为笔记本电脑。根据本发明的实施例，该系统还包括测距装置，设置在该检测车辆的车轮上，该测距装置与该数据处理器连接，该数据处理器接收来自该测距装置的车速脉冲信号并将其换算成测距信号，再将所述测距信号输出至该主控制器，使得该主控制器根据所述测距信号来生成热像仪控制信号，以控制该红外热像仪的拍摄动作。根据本发明的实施例，该测距装置例如为霍尔传感器。根据本发明的实施例，该系统还包括数据传送装置，分别与该主控制器和该数据处理器连接，以实现两者之间的网络通信。根据本发明的实施例，该数据传送装置是通过网线与该主控制器和该数据处理器连接的路由器。为了达到上述目的，本发明还提供一种基于红外成像技术的路面缺陷检测方法， 其应用如上所述的基于红外成像技术的路面缺陷检测系统来检测被检测路面的缺陷，该方法包括以下步骤Si)检测车辆以基本均勻的时速在该被检测路面上行驶；S2)基于来自数据处理器的云台控制信号，主控制器生成云台驱动信号，用以驱动云台的水平旋转和竖直旋转角度；S3)基于来自测距装置的车速脉冲信号来设定预定距离；S4)每隔该预定距离发送一个触发信号给红外热像仪的拍照触发装置，该红外热成像仪根据所述触发信号自动拍摄该被检测路面的红外热图，此红外热图为红外数字图像，每一点都包含具体的温度数值；S5)该红外热像仪通过数据线将所拍摄的每一帧包含温度数值的红外热图数字信号实时传送到该主控制器，该主控制器将所述红外热图数字信号转换为用于标准网络传输的红外数字信号并进而传送到该数据处理器；S6)该数据处理器应用路面缺陷分析软件对所述红外数字信号进行截图处理和数据分析，给出被检测路面的连续的温度分布图谱，同时获得温度趋势分析曲线，以准确反映出路面拍摄时间及每一点的对应温度；S7)当该温度分布图谱中的温度数据出现明显差异时，应用该路面缺陷分析软件确定路面缺陷类型及缺陷定位位置。根据本发明的实施例，所述预定距离为2米。根据本发明的实施例，该方法还包括以下步骤
S8)在执行步骤S7后，判断该检测车辆是否到达被检测路面的终点，如果判断结果为否，则返回步骤S4。根据本发明的实施例，该方法还包括以下步骤S9)在执行步骤S8后，如果判断结果为是，分析人员对所有出现缺陷的图片逐一进行分析判断，给出处理结论和/或建议拟采取的处置方案，打印出故障报告并存档备案， 该数据处理器还将出现缺陷的图像和有关数据导入并存储在路面缺陷分析软件的数据库中。根据本发明的实施例，在步骤S7中，针对有异常变化的温度分布图谱和温度曲线，该数据处理器同时进行自动报警。根据本发明的实施例，在步骤S7中，该数据处理器根据起始检测点的坐标、该预定距离的大小、以及出现缺陷的图片所在的具体拍摄张数位置自动换算出所述缺陷的定位位置。根据本发明的实施例，该方法还包括以下步骤S10)在执行步骤S7后，判断是否需要改变红外热像仪的拍摄角度，如果判断结果为是，则返回步骤S2，如果判断结果为否，则返回步骤S4。上述本发明的技术方案具有如下有益效果①、将红外热成像等信息采集技术与图像红外数字信号处理等技术相结合，采用非接触的图像拍摄实现对浙青高速公路等面的快速检测；该系统的操作灵活性大，红外摄像不受云、雨、雾天气影响，红外成像清晰，单帧图像采集时间仅为7ms。由于是热成像检测， 所拍摄到的缺陷细节能更清晰显示，使缺陷判断更加直接。②、利用最先进的传感技术触发，等距或等间隔向温度监测装置传达信号，确保图像拍摄的连续性。③、将红外数字信号进行分析处理并进行管理，生成分析报告，及时发现路面缺陷隐患，改善了现有的高速浙青公路养护技术。


图1为本发明的路面缺陷检测系统的方框2为图1所示的路面缺陷检测系统的各部件连接关系示意3为根据本发明实施例的路面缺陷检测系统的工作流程4为根据本发明一个实施例的云台结构示意5为根据本发明一个实施例的路面缺陷检测系统的安装位置示意6为根据本发明另一实施例的路面缺陷检测系统的安装位置示意图其中，附图标记说明如下I-检测车辆2-云台21-主体机座22-竖直驱动电机23-竖直驱动机构24-水平驱动电机
25-水平驱动机构26-固定支架3-红外热像仪4-主控制器41-USB信号转换板42-USB 接口43-数据分析和控制模块5-数据处理器51-数据输入接口52-数据分析模块53-存储模块54-显示模块6-测距装置7-数据传送装置
具体实施例方式为了使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明的实施例做进一步详细地说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明仅用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。随着高速公路的快速发展和修建里程的不断增加，结构选型愈加重视，对施工工艺和施工质量的控制也越来越严格，但一些路段在通车一、两年后会出现如路面透水、裂缝、坑槽、车辙网裂、唧浆、桥面破损等损坏，这不仅大大降低了高速公路的安全、快速、舒适行车的使用功能，还增加了公路养护成本。—般情况下，浙青路面的损坏可以分为两类一类是结构性损坏，包括路面结构整体或其中某一个或几个组成部分的破坏，使路面达到不能承受预定的车辆荷载；另一类是功能性损坏，它也有可能并不伴随有结构性损坏而发生，但由于平整性、抗滑能力等因素的下降，使其不再具有预定的使用功能，从而影响行车质量。功能性破损一般是表面性的，易于识别，其破损原因也比较清楚。主要有以下几种局部细状裂缝、波浪拥包、泛油、剥落、麻面和磨光。这些破损主要是导致道路的服务水平下降，与路面结构性能一般没有直接关系。对于功能性损坏，可以通过整修、养护或罩面使面层的功能得到恢复。结构性破损主要是由于路面各层内在的某些结构性缺陷以及载荷的应力增大所引起，其结果反映到路面上就是各种形状的裂缝、变形和位移等破坏。主要有以下几种龟裂、网裂、纵横向裂缝、沉陷、坑槽、唧浆、修补损坏、松散和车辙。这些破损不仅导致道路的服务水平下降，而且还路面结构承载力明显衰降，破损加剧，最终导致路面破坏。对于结构性损坏，通常需对道路进行彻底的翻修。此外，基层类型、面层结构、荷载类型、气候以及施工过程、铺筑效果等都会影响路面的损坏类型。例如在一些断级配粗糙抗滑结构的浙青表面层中，往往会由于铺筑层较厚而引发透水、滞留水等早期水损害性破坏；在温差很大或者气温很低的气候条件的地区，浙青路面会因温度应力产生横向或纵向裂缝，这些裂缝又通常在车辆作用下引发折断和碎裂等等。在明确上述路面损坏类型的基础上，就可以有针对性地对路面病害进行检测治理。由于目前常用的检测手段存在着检测效率低、覆盖面窄、代表性差、成本高以及破坏路面等诸多弊端。因此，继续开展快速、简便、有效的公路无损检测技术已势在必行。红外热像仪被广泛应用于工业或民用检测领域，基于红外检测技术来拍摄物体的红外热图、检测物体的位置及工作状态等，并可以从中获取被拍摄物体的红外数字信号。红外热像仪的工作原理决定了它即能成像又能测温，也就是说在满足了红外点测温仪的测温功能外，还能呈现出被测物体的红外热分布图像，并且在该红外热分布图像中包含被测物体的每一点的准确的红外数字信号，因此检测结果准确直观，易于对故障隐患点进行快速判断。由于红外热像仪的光学机理与摄像机相近，它可以通过调节镜头的视场角来变换被测物体的面积范围，如果将红外热像仪架设在检测车辆顶部，足以同时检测到高速公路的4个车道的全部路面。所以，使用红外热像仪来检测路面缺陷是具有非常良好的应用前景的。本发明的基于红外成像技术的路面检测系统和方法是一种能够满足上述要求的公路无损检测新技术和手段。通过对所形成的红外热图分析，诊断出公路病害，就可开展对病害破损原因的调查、研究，提出切实可行的预防性养护方案，进而提高道路修建质量，延长道路使用寿命，真正做到“预防为主，防治结合”。红外热成像检测技术主要通过采集雨后浙青高速公路等面温度，根据温度差异形成的红外热图，从定量和定性两方面评估路面的透水性和损害情况。如针对龟裂、网裂、沉陷等结构性破损，由于开裂渗水，会和其他正常路面存在一定的温度差异，在红外热图上则呈现出网状或条纹状的低温线，根据温度差异情况，能大致判断出路面的损坏情况，进而采取适当的修补方式。而针对功能性破损如波浪拥包、泛油、麻面和磨光等，则通过软件系统对差异数据的分析，形成分析报告，存档备案，通过对备案的红外热图积累对比，分析软件最后就能分析出路面的缺陷类型。如图1所示，为本发明的基于红外成像技术的路面缺陷检测系统的方框图。该系统包括检测车辆1，以相对均勻的时速在被检测路面上行驶；云台2，设置在该检测车辆1 上，该云台2可相对于该检测车辆1进行水平旋转和竖直旋转；红外热像仪3，可拆卸地设置在该云台2上，该红外热像仪3用于拍摄所述被检测路面的红外热图，并输出与该被检测路面的包含有温度数值的红外热图相关的红外热图数字信号(14位数字信号)；主控制器 4，设置在该检测车辆1上并分别与该云台2和该红外热像仪3连接，用以控制该红外热像仪2的拍摄动作，其中所示拍摄动作具体包括拍摄起始时间、结束时间、拍摄触发时机、镜头调焦及拍摄范围等，以及控制该云台2的水平旋转角度和竖直旋转角度，并将该红外热像仪3输出的红外热图数字信号转换为用于标准网络传输的红外数字信号；以及数据处理器5，用以生成并输出对所述红外热像仪3的控制信号，以及用以接收所述红外数字信号并对其进行分析和处理，以确定所述被检测路面的缺陷类型及缺陷的定位位置。在如图2所示的实施例中，该主控制器4可包括USB信号转换板41，用以接收来自红外热像仪3的红外热图数字信号并将其转换为USB信号；USB接口 42，用以传送所述 USB信号；以及数据分析和控制模块43，应用Irsever软件将来自USB接口 42的USB信号转换为能够通过RJ45标准网络接口传输的红外数字信号并将其通过网线实时发送至数据处理器5，根据来自数据处理器5的测距信号产生热像仪控制信号，并将所述热像仪控制信号发送至该红外热像仪3以控制该红外热像仪3的拍摄动作，以及根据来自数据处理器5 的云台控制信号产生云台驱动信号，并通过485串口将所述云台驱动信号发送至云台2以控制该云台2的水平旋转和竖直旋转。该主控制器4例如可以AMD LX700芯片具体实现，或者也可以采用能够满足该主控制器4的上述功能的其他类型的芯片。该主控制器4与该红外热像仪3 —起整体设置在一个防护罩内。

其中，数据分析和控制模块43在运行IRsever软件后，可以将接收到的来自红外热像仪3的14位红外数字信号(USB信号)转换成RJ45标准网络信号，再发送给数据处理器5进行处理；数据处理器5发送的控制信号(例如机芯调焦、挡片、云台转动等热像仪控制信号和云台驱动信号)通过RJ45标准网络发送至该主控制器4，该主控制器4收到所述控制信号和驱动信号后可以发送USB信号，驱动红外热热像仪的热成像机芯进行一系列调焦等动作，还可以通过485串口控制云台2，使得该云台2可以进行一定角度范围内的水平和竖直旋转。在如图4所示的实施例中，云台2包括主体机座21，固定安装在该检测车辆1上； 竖直驱动电机22，设置在该主体机座21中；竖直旋转机构23，设置在该主体机座21上并与该驱动电机22联动，以实现竖直旋转；水平驱动电机24，设置在该主体机座21中；水平旋转机构25，设置在该竖直旋转机构23上并与该水平驱动电机24联动，以实现水平旋转， 同时该水平旋转机构25在该竖直旋转机构23的带动下可以一起进行竖直旋转(此时其自身的旋转已经不是水平旋转，而是倾斜旋转)，以及固定支架26，设置在该水平旋转机构25 上，用以可拆卸地固定该红外热像仪3的机身。所述竖直旋转机构23的旋转速度可以为3-5° /S，优选为4° /S，竖直旋转的角度范围为10-90°。所述水平旋转机构25的旋转速度可以为6-12° /S，优选为9° /S，水平旋转的角度范围为0-355°。该云台2还可具备自动扫描与自动巡航功能。该云台2还可包括网路通信功能，其通信协议包括Pelco-P、Pelco-D, YAAN、行业标准等多协议，波特率可选。在该云台2的主体机座21内还可设置加热器，当天气寒冷时，为了保证云台2内的各部件的正常运行，该加热器用于对主体机座21内的环境进行加热，例如其在8°C 士5°C时开启，在20°C 士5°C时关闭。 在一个实施例中，数据处理器5可由笔记本电脑实现，该笔记本电脑可以置于检测车辆1内，也可以置于检测车辆1外某处，例如设置在某个工作站内并以无线网络实现数据处理器5与主控制器4的远程通信。 该数据处理器5可包括数据输入接口 51，接收来自主控制器4的红外数字信号； 数据分析模块52，应用路面缺陷分析软件对来自数据输入接口 51的红外数字信号进行截图处理和数据分析，根据处理后数据来确定被检测路面上的缺陷类型、缺陷定位位置和建议处置方案等；以及存储模块53，将处理后数据及确定结果存储其中，以待后续的进一步整理。
该数据处理器5还可包括显示模块54， 用以直观显示被检测路面的红外热图、红外数字信号、缺陷类型、缺陷定位位置及建议处置方案等。数据处理器5的数据输入接口 51可通过RJ45标准网络接口与主控制器4连接， 以实现数据传送和网络通信。在一个实施例中，本发明的路面缺陷检测系统还可包括测距装置6，设置在该检测车辆1的车轮上，该测距装置6与该数据处理器5连接并输出车速脉冲信号至该数据处理器5，该数据处理器5将所述车速脉冲信号换算成测距信号并将其发送至主控制器4，使得该主控制器4根据所述测距信号而产生热像仪控制信号，从而控制该红外热像仪3的拍摄动作。其中，该测距装置6例如可以是测量车辆的轮胎转速的霍尔传感器，也可以是能够满足车辆测距功能的其他类型的测距装置。所述数据处理器5根据霍尔感应器传送过来的脉冲信号，换算出检测车辆1的车速和行程，用户需要根据实际情况对数据处理器5中的路面缺陷分析软件进行设定，给出每次相隔的预定距离(米)来触发红外热像仪3进行北侧路面的红外热图拍摄，每次车辆行驶过该预定距离后，路面缺陷分析软件自动将从该主控制器4发送过来的红外数字信号截图，并分析图像上是否有路面缺陷表象，如果有，则自动将所在路段及缺陷表象记录在数据处理器5的存储模块(笔记本电脑的硬盘)中，以待后期整理。在一个实施例中，本发明的路面缺陷检测系统还可包括数据传送装置7，其可以是分别通过网线与该主控制器4和该数据处理器5连接的路由器，通过该路由器实现主控制器4与数据处理器5之间的数据传送和网络通信。其中所述数据传送包括接收从主控制器 4输出的所述红外数字信号并将其发送至该数据处理器5，接收来自数据处理器5的测距信号和云台控制信号并将其传送至该主控制器4，所述网络通信包括用由用户直接从数据处理器5发送红外热像仪控制指令和/或云台控制指令给该主控制器4。在一个实施例中，本发明的路面缺陷检测系统采用了使用RJ45标准网络接口的一线通技术进行主控制器4和数据处理器5之间的数据传送和网络通信。由于系统采用先进的计算机压缩技术与网络传输技术，只需通过RJ45标准以太网通信接口，用一根网线就能实现主控制器4和数据处理器5之间的控制信号的网络通信及红外图像及温度数据的时实传送、记录与分析处理，以及针对故障现的自动报警等，其全部数据(红外热图、温度数据、控制命令等)都是以数字格式进行传送，大大减小了系统布线的复杂程度，降低了系统的布线成本，提高了数据传送的可靠性和故障分析的准确性，增强了温度分析和计算的灵活性。本发明的路面缺陷检测系统的基本工作原理是在检测车辆行走过程中，基于安装在检测车辆的轮胎上的测距装置(霍尔传感器)6所得到的测距信号，每过一定距离(例如为2米)发送一个触发信号，触发检测车辆上的红外热像仪3拍摄被检测路面的某段区域(该区域的长度例如为2米，宽度为标准车道宽度)的带红外数字信号的红外热图，再经过数据处理器5上的数据分析模块52及安装其上的路面缺陷分析软件来对热图及其上的温度数据进行分析处理，根据分析和处理结果绘制该区域的路面温度分布图谱，然后再重复以上操作，循环往复，从而得到全部被检测路面的连续的路面温度分布图谱和全部温度数据，用定量和定性方法直观地反映被检测路面的缺陷情况，为路面维修提供可视的图像与数据。 下面结合附图3来具体描述本发明的基于红外成像技术的路面缺陷检测系统所采用的路面检测方法。所述路面缺陷检测方法包括以下步骤Si)将红外热像仪3通过云台2架设在检测车辆上(考虑到热像仪拍摄的视场角与所需高度问题，检测车辆ι 一般采用如图5-图6所示的车头、车尾部位距离地面较高的工具车，方便热像仪安装)，主控制器4和霍尔传感器均通过网线或相关电源线连接到驾驶座旁的笔记本电脑(即数据处理器5)上，整个系统的装置安装位置如图5-图6所示。仍请参阅图5-图6，可以根据具体路况和检测要求而将红外热像仪3可选地架设在检测车辆的顶部或尾部。安装时，可通过辅助平面将红外热像仪3升高，以满足检测路面宽度所需。由于红外热像仪3的安装位置不同，在根据所得红外热图确定路面缺陷位置时， 针对距离的计算方法中应把热像仪的安装位置考虑进去。检测车辆以基本均勻的时速在高速公路等的被检测路面上行驶。S2)基于来自数据处理器5的云台控制信号，主控制器4生成云台驱动信号，用以驱动云台2的水平旋转和竖直旋转角度。S3)通过基于霍尔传感器的脉冲信号而设定的预定距离(一般为2米)。S4)每隔该预定距离发送一个触发信号给红外热像仪3的拍照触发装置，红外热成像仪3根据所述触发信号自动拍摄被检测路面的红外热图，此红外热图为红外数字图像，每一点都包含具体的温度数值。S5)该红外热像仪3通过数据线将所拍摄的每一帧包含温度数值的红外热图热图信号实时传送到该主控制器4，该主控制器4将所述红外热图数字信号转换为用于标准网络传输的红外数字信号并进而传送到该数据处理器5。S6)该数据处理器5应用路面缺陷分析软件对所述红外数字信号进行截图处理和数据分析，经过分析处理模块的分析处理，给出被检测路面的连续的温度分布图谱，同时获得温度趋势分析曲线，以准确反映出路面拍摄时间及每一点的对应温度。S7)当红外热像图的温度数据出现明显差异时，路面缺陷分析软件能对差异数据进行分析，通过分析形成分析报告，确定路面缺陷类型，对有异常变化的温度图像和温度曲线，路面缺陷分析软件会自动报警(例如在显示模块的显示屏上自动弹出报警提示框)，并根据起点的坐标给出出现缺陷的图片所在的具体拍摄张数位置，计算机处理系统再根据此张数位置和距离传感器设定的距离触发参数自动换算出故障点的具体路面位置，即相对起点的公里数。所述方法还包括以下步骤S8)在执行步骤S7后，判断该检测车辆1是否到达被检测路面的终点，如果判断结果为否，则返回步骤S4。S9)在执行步骤S8后，如果判断结果为是，分析人员对所有出现缺陷的图片逐一进行分析判断，给出处理结论和/或建议拟采取的处置方案，打印出故障报告并存档备案， 该数据处理器5还将出现缺陷的图像和有关数据导入并存储在路面缺陷分析软件的数据库中，供积累总结之用，以便能更好地指导日后的保养维护工作。S10)在执行步骤S7后，判断是否需要改变红外热像仪3的拍摄角度，如果判断结果为是，则返回步骤S2，如果判断结果为否，则返回步骤S4。 与现有技术相比，本发明的基于红外成像技术的路面缺陷检测系统和方法具有以下的优点a、现有技术中的红外点测温仪只能测温不能成像，本发明即能测温又能显示出被测物体的红外热图像，其检测结果相对现有技术而言更为直观、快速、准确和可靠，为后续的故障判断与故障排除提供了有效依据，起到了事半功倍的效果。b、由于现有技术中的红外点测温仪实际上检测的是被测物体表面的一块区域 (称为被测区域，此被测区域的面积与测温距离成正比)的平均温度，所以其测温结果的精确性存在一定误差。而本发明首先能够显示出整个被检测路面的红外热分布图，同时可以得到这张红外热分布图上每一点的具体温度数值，检测结果更为直观和准确，对判断故障点和后期处理提供了直观可靠的依据，这是现有技术所达不到的。C、由于现有技术中的红外点测温仪所测得的温度数值是针对一块检测区域(此检测区域的面积与测温距离成正比)的平均温度，红外点测温仪距离路面越近，检测区域的面积就越小；红外点测温仪距离路面越远，则检测区域的面积就大。但由于红外点测温仪所测得的温度须满足一定的精度要求，所以要想测温准确，就不能将红外点测温仪安装在距路面太远的位置。这样，单个红外点测温仪每次所检测的面积就极为有限，即使在一台检测车辆上加装多台红外测温仪，一次也只能监测一条车道，对多车道路面的全面检测即费时又费力。而本发明可以通过调节镜头的视场角来变换被测物体的被测范围，能够很容易地实现对例如具有4车道的高速公路的整个路面的同时检测，这是现有技术所达不到的， 大大提高了检测效率和准确性。在上述实施例中，本发明是将红外成像技术应用到已建成的高速公路等浙青路面或其他路面的缺陷检测中，当然本发明的实施例不限于此，也可以将此技术应用到在建的路面施工现场，为高速公路等浙青路面的铺设施工作业提供浙青铺设均勻度的红外热像参考图片和相关数据，保证施工质量。尽管前面结合附图而对本发明的多个示例性实施例进行了具体描述，但可以理解的是，在本公开内容的原理的精神和范围之内，本领域技术人员完全可以推导出许多其它变化和实施例。尤其是，可以在该公开、附图和所附权利要求的范围内对组件和/或附件的设置组合进行多种变化和改进。除组件和/或附件的变化和改进之外，其他可选择的应用对于本领域技术人员而言也是显而易见的。
权利要求
1.一种路面缺陷检测系统，该系统包括检测车辆(1)，在被检测路面上行驶；云台O)，设置在该检测车辆(1)上，该云台( 相对于该检测车辆(1)进行水平旋转和竖直旋转；红外热像仪(3)，可拆卸地设置在该云台( 上，该红外热像仪C3)用于拍摄所述被检测路面的红外热图，并输出与该被检测路面的包含有温度数值的红外热图相关的红外热图数字信号；主控制器G)，设置在该检测车辆(1)上并分别与该云台( 和该红外热像仪(3)连接，用以控制该红外热像仪⑶的拍摄动作，以及控制该云台⑵的水平旋转角度和竖直旋转角度，并将该红外热像仪C3)输出的红外热图数字信号转换为用于标准网络传输的红外数字信号；以及数据处理器(5)，用以生成并输出对所述红外热像仪(3)的控制信号，以及用以接收所述红外数字信号并对其进行分析和处理，以确定所述被检测路面的缺陷类型及缺陷的定位位置。
2.根据权利要求1所述的路面缺陷检测系统，其中，该主控制器(4)包括USB信号转换板(41)，将该红外热像仪C3)拍摄的包含有温度数值的红外热图数字信号转换为USB信号；USB接口 0 ，用以传送所述USB信号；以及数据分析和控制模块(43)，将来自该USB接口 0 的USB信号转换为用于标准网络传输的所述红外数字信号并将其通过网线实时发送至该数据处理器(5)，根据来自该数据处理器(5)的测距信号产生热像仪控制信号，并将所述热像仪控制信号发送至该红外热像仪⑶以控制该红外热像仪⑶的拍摄动作，以及根据来自该数据处理器(5)的云台控制信号产生云台驱动信号，并将所述云台驱动信号发送至该云台O)以控制该云台(2)的水平旋转和竖直旋转。
3.根据权利要求2所述的路面缺陷检测系统，其中，该主控制器(4)与该红外热像仪 (3) 一起设置在一个防护罩内。
4.根据权利要求1所述的路面缺陷检测系统，其中，该云台( 包括主体机座(21)，固定安装在该检测车辆(1)上；竖直驱动电机(22)，设置在该主体机座中；竖直旋转机构(23)，设置在该主体机座上并与该竖直驱动电机02)联动，以实现竖直旋转；水平驱动电机(M)，设置在该主体机座中；以及水平旋转机构(25)，设置在该竖直旋转机构03)上并与该水平驱动电机03)联动，以实现水平旋转，同时该水平旋转机构0 在该竖直旋转机构的带动下一起进行竖直旋转·’以及固定支架(26)，设置在该水平旋转机构0 上，用以可拆卸地固定该红外热像仪(3) 的机身。
5.根据权利要求1所述的路面缺陷检测系统，其中，该数据处理器( 包括数据输入接口(51)，接收来自该主控制器的红外数字信号；数据分析模块(52)，应用路面缺陷分析软件对来自数据输入接口(51)的红外数字信号进行截图处理和数据分析，根据处理后数据来确定被检测路面上的缺陷类型、缺陷定位位置；以及存储模块(53)，将所述处理后数据及确定结果存储其中。
6.根据权利要求5所述的路面缺陷检测系统，其中，该数据处理器( 还包括显示模块(M)，用以直观显示被检测路面的红外热图、红外数字信号、缺陷类型、缺陷定位位置及建议处置方案。
7.根据权利要求5所述的路面缺陷检测系统，其中，该数据处理器( 的数据输入接口 (51)通过RJ45标准网络接口与该主控制器(4)实现数据传送和网络通信。
8.根据权利要求1所述的路面缺陷检测系统，其中，该系统还包括测距装置(6)，设置在该检测车辆⑴的车轮上，该测距装置(6)与该数据处理器(5) 连接，该数据处理器(5)接收来自该测距装置(6)的车速脉冲信号并将其换算成测距信号， 再将所述测距信号输出至该主控制器G)，使得该主控制器(4)根据所述测距信号来生成热像仪控制信号，以控制该红外热像仪(3)的拍摄动作。
9.根据权利要求1所述的路面缺陷检测系统，其中，该系统还包括数据传送装置(7)，分别与该主控制器(4)和该数据处理器( 连接，以实现两者之间的网络通信。
10.根据权利要求9所述的路面缺陷检测系统，其中，该数据传送装置(7)是通过网线与该主控制器(4)和该数据处理器( 连接的路由器。
11.一种路面缺陷检测方法，其应用如权利要求1至10的任意一项所述的基于红外成像技术的路面缺陷检测系统来检测被检测路面的缺陷，该方法包括以下步骤51)检测车辆(1)以基本均勻的时速在该被检测路面上行驶；52)基于来自数据处理器(5)的云台控制信号，主控制器(4)生成云台驱动信号，用以驱动云台( 的水平旋转和竖直旋转角度；53)基于来自测距装置(7)的车速脉冲信号来设定预定距离；54)每隔该预定距离发送一个触发信号给红外热像仪(3)的拍照触发装置，该红外热成像仪C3)根据所述触发信号自动拍摄该被检测路面的红外热图，此红外热图为红外数字图像，每一点都包含具体的温度数值；55)该红外热像仪( 通过数据线将所拍摄的每一帧包含温度数值的红外热图数字信号实时传送到该主控制器G)，该主控制器(4)将所述红外热图数字信号转换为用于标准网络传输的红外数字信号并进而传送到该数据处理器(5)；56)该数据处理器( 应用路面缺陷分析软件对所述红外数字信号进行截图处理和数据分析，给出被检测路面的连续的温度分布图谱，同时获得温度趋势分析曲线，以准确反映出路面拍摄时间及每一点的对应温度；以及57)当该温度分布图谱中的温度数据出现明显差异时，应用该路面缺陷分析软件确定路面缺陷类型及缺陷定位位置。
12.根据权利要求11所述的路面缺陷检测方法，所述预定距离为2米。
13.根据权利要求11所述的路面缺陷检测方法，还包括以下步骤58)在执行步骤S7后，判断该检测车辆(1)是否到达被检测路面的终点，如果判断结果为否，则返回步骤S4。
14.根据权利要求13所述的路面缺陷检测方法，还包括以下步骤S9)在执行步骤S8后，如果判断结果为是，分析人员对所有出现缺陷的图片逐一进行分析判断，给出处理结论和/或建议拟采取的处置方案，打印出故障报告并存档备案，该数据处理器( 还将出现缺陷的图像和有关数据导入并存储在路面缺陷分析软件的数据库中。
15.根据权利要求11所述的路面缺陷检测方法，在步骤S7中，针对有异常变化的温度分布图谱和温度曲线，该数据处理器(5)同时进行自动报警。
16.根据权利要求11所述的路面缺陷检测方法，在步骤S7中，该数据处理器( 根据起始检测点的坐标、该预定距离的大小、以及出现缺陷的图片所在的具体拍摄张数位置自动换算出所述缺陷的定位位置。
17.根据权利要求11所述的路面缺陷检测方法，还包括以下步骤S10)在执行步骤S7后，判断是否需要改变红外热像仪(3)的拍摄角度，如果判断结果为是，则返回步骤S2，如果判断结果为否，则返回步骤S4。
全文摘要
一种基于红外成像技术的路面缺陷检测系统及方法，该系统包括检测车辆，在被检测路面上行驶；云台，设置在检测车辆上并相对于该检测车辆进行水平旋转和竖直旋转；红外热像仪，可拆卸地设置在云台上并用于拍摄被检测路面的红外热图，以及输出与该红外热图相关的红外热图数字信号；主控制器，设置在检测车辆上并分别与云台和红外热像仪连接，用以控制红外热像仪的拍摄动作和控制云台的水平旋转角度和竖直旋转角度，并将所述红外热图数字信号转换为用于标准网络传输的红外数字信号；以及数据处理器，接收所述红外数字信号并对其进行分析和处理，以确定被检测路面的缺陷类型及缺陷的定位位置。该系统的操作灵活性大，能直观显示缺陷细节。
文档编号G01J5/00GK102182137SQ20111004822
公开日2011年9月14日 申请日期2011年2月25日 优先权日2011年2月25日
发明者吴继平, 李跃年 申请人:广州飒特电力红外技术有限公司