一种沥青路面坑槽智能修复装备及修复方法 |
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| 申请号 | CN202410118434.5 | 申请日 | 2024-01-26 | 公开(公告)号 | CN117926677A | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 山东大学; | 发明人 | 张吉哲; 范秀泽; 姚占勇; 蒋红光; 梁明; 姚凯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 沥青 路面 坑槽 智能修复装备及修复方法，包括车体、石料储存箱、 乳化沥青 储存桶、切割刀片、相机、石料撒布装置、撒布喷口、高强空气吹 风 机和控制装置，其中，石料储存箱和乳化沥青储存桶固定安装于车体的上方，石料撒布装置和撒布喷口安装于车体的下方，石料储存箱与石料撒布装置通过输送管道连接，乳化沥青储存桶与撒布喷口之间通过输送管道连接；相机设置于车体的前上方，且可在设定 角 度范围内摆动；高强空气 吹风机 设置于车体的前方，位于切割刀片的上方，用于将切割下来的碎料吹除；控制装置与各个装置连接，控制修复装备的自动化运行。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种沥青路面坑槽智能修复装备，其特征在于：包括车体、石料储存箱、乳化沥青储存桶、切割刀片、相机、石料撒布装置、撒布喷口、高强空气吹风机和控制装置，其中，石料储存箱和乳化沥青储存桶固定安装于车体的上方，石料撒布装置和撒布喷口安装于车体的下方，石料储存箱与石料撒布装置通过输送管道连接，乳化沥青储存桶与撒布喷口之间通过输送管道连接； |
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| 说明书全文 | 一种沥青路面坑槽智能修复装备及修复方法技术领域[0001] 本发明涉及沥青路面病害识别修复装置技术领域，具体涉及一种沥青路面坑槽智能修复装备及修复方法。 背景技术[0002] 这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。 [0003] 沥青路面具有使用性能优越和行车舒适度高的优点，但是随着使用时间的不断增长，在光照、氧化、雨水冲刷以及行车荷载的综合作用下，沥青路面胶结料逐渐性能衰减，随之产生路面坑槽和松散等各种道路病害，不仅严重影响了高速公路沥青路面的行车舒适性，而且危及行车安全。 [0004] 目前传统沥青路面坑槽修补过程中，从路面检测坑槽到规划修补路径再到执行修补动作，均离不开工作人员的现场判断，修补质量完全依赖人工经验。同时，由于劳动力成本上升，施工人员技术水平参差不齐等因素使得依赖人力进行修复的方式亟需改变。机器视觉是计算机科学的重要研究领域之一，涉及多学科综合应用检测识别技术，主要研究领域包括图像特征检测、特征分割、物体检测、以及二维和三维物体的识别和定位等。通过机器视觉系统可以实时地处理和分析路面图像，能够在短时间内对大量的路面进行检测和修补，大大提高了工作效率。同时，可以减少人工检测和修补路面的工作量，减轻了工人的劳动强度。 [0005] 目前沥青路面病害智能修补装置基本实现了自动化作业，可减少现场工人数量，有效提高修补效率，但是发明人发现，现有技术中仍然存在以下问题： [0006] 1)目前沥青路面坑槽修补装备缺少路径规划方面的研究，修补过程大都按照相同情况、相同环境进行修补，修补效果参差不齐。 [0007] 2)现有的修补设备还存在依赖人工检测，自动化程度低。 [0008] 3)路面坑槽识别精度较差、修补过后难以保证修补质量。 [0009] 4)现有路面病害几何形状信息提取以及路径规划大都依赖二维图像，然而坑槽病害具有较大的破坏面积与破坏深度，二维图像信息难以全面评价病害特点。 发明内容[0010] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种沥青路面坑槽智能修复装备及修复方法。 [0011] 为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现： [0013] 石料储存箱和乳化沥青储存桶固定安装于车体的上方，石料撒布装置和撒布喷口安装于车体的下方，石料储存箱与石料撒布装置通过输送管道连接，乳化沥青储存桶与撒布喷口之间通过输送管道连接； [0014] 切割刀片位于车体前下方，可升降设置； [0015] 相机设置于车体的前上方，且可在设定角度范围内摆动； [0016] 高强空气吹风机设置于车体的前方，位于切割刀片的上方，用于将切割下来的碎料吹除； [0017] 控制装置与各个装置连接，控制修复装备的自动化运行。 [0018] 在一些实施例中，所述车体的后方设置有警示灯。 [0019] 在一些实施例中，所述石料撒布装置和撒布喷口相邻设置，且撒布喷口位于石料撒布装置的前方。 [0020] 在一些实施例中，石料撒布装置为T型撒布直板。 [0021] 优选的，所述T型撒布直板的结构为从中间位置至两端头依次分布连接主管道口且逐渐由小变大的分散撒布小口，且每个小撒布口的口部都是横向扁平结构。 [0022] 因为中间撒布小口最小，两端撒布小口最大，而撒布喷淋时主管道到中间撒布小口的距离最短，到两端头的距离最远，这样能够实现主管道出来的石料通过T型撒布直板能够均匀的散布到路面。 [0023] 在一些实施例中，所述撒布喷口的结构为从中间位置至两端头依次分布连接主管道口且逐渐由小变大的分散撒布小口。 [0024] 因为中间撒布小口最小，两端撒布小口最大，而撒布喷淋时主管道到中间撒布小口的距离最短，到两端头的距离最远，这样能够实现主管道出来的石料通过T型撒布直板能够均匀的散布到路面。 [0025] 在一些实施例中，所述乳化沥青储存桶中设置有搅拌器。 [0026] 在一些实施例中，切割刀片与连接杆连接。具体的切割刀片为圆盘形锯齿刀片，刀片中间有孔，通过横穿螺栓固定在叉形刀架上。叉形刀架中间上端安装有一根导向杆，与上方小车底板的导向套相配合，此结构上下移动时，提供导向作用。叉形刀架的两侧分别安装有两根油缸，油缸缸筒的口部有圆形安装法兰，通过法兰安装在小车底板上，油缸的活塞杆与叉形刀架两侧连接。油缸伸出和缩回时就可以带动刀架进而带动切割刀片上下移动。 [0027] 在一些实施例中，所述相机为Arduino相机。 [0028] 第二方面，本发明提供一种沥青路面坑槽智能修复方法，包括如下步骤： [0029] 设置修补车体行驶路线，行驶至目标区域内时，相机开始工作，拍摄前方坑槽病害区域图像，并传输至控制装置进行坑槽检测，首先采用非线性滤波算法去除图像中非期待特征和背景噪音，再采用高斯滤波算法增强图像，同时采用傅里叶快速变化和卷积算法提高计算速度，最后对坑槽进行定位，并以此规划出坑槽清理的最佳路径； [0030] 车体运动后坑槽前端后，切割刀片下降，车体按规划路径移动，对坑槽进行切割； [0031] 切割完毕后，切割刀片上升，开启高强空气吹风机清理切割部位，去除碎石； [0032] 控制车体按规划路线行进，首先在坑槽处喷洒一层乳化沥青，然后在乳化沥青上方均匀撒布一层石料，乳化沥青与石料交替撒布，直至完成修补。 [0033] 在一些实施例中，所述石料的粒径为9.5‑13.2mm。 [0034] 在一些实施例中，坑槽检测的具体方法为：将获取到的坑槽病害图像进行灰度转化处理，通过中值滤波进行去除孔洞和噪声，采用ostu算法进行二值化处理，在进行图像重构，最后提取裂缝细化后中心像素的X‑Y坐标，通过计算实际的图像长度与图像中水平像素总数的比值，得到坑槽的实际位置，对坑槽位置进行定位。 [0035] 优选的，所述最佳路径采用贪婪算法进行规划。 [0036] 在一些实施例中，坑槽检测的具体方法为：将获取到的坑槽病害图像采用ptsu算法将每一个灰度值可能的阈值将灰度级分为两类，依次计算每次分类的类间方差，选取类间方差最大的灰度值作为阈值，提取目标区域； [0037] 采用图像细化方法对检测到的坑槽位置进行细化，根据裂纹像素奇偶性准则降图像分解为多个序列，对同一子场中的像素进行去除，对每个检测到的像素进行迭代，直到检测不出变化； [0038] 对坑槽图像处理后，得到坑槽中心线像素，利用中心线像素对图像中的坑槽像素进行定位。 [0039] 优选的，对坑槽像素进行定位后，采用MATLAB提取中心线像素的坐标，得到坑槽的坐标。 [0040] 上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下： [0041] 本发明基于matlab检测算法，利用贪婪路径规划算法相结合方法，实现了路面坑槽自动检测与修补，解决了传统坑槽检测和模型化的时间消耗过大，提高了检测精准度与速度。 [0042] 本发明利用喷洒在公路表层的薄层粘结材料可以形成一层以为严密的防水层，因此可以有效降低路面积水渗透造成公路表面出现裂缝现象，且所有材料在施工过程中均可与轮胎进行直接接触，集中材料在粘结之后的粗糙度可加大与轮胎直接摩擦，有效提高抗滑性。 [0045] 图1为本发明实施例的整体结构示意图； [0046] 图2为本发明实施例的右侧面结构示意图； [0047] 图3为本发明实施例的左侧面结构示意图； [0048] 图4为本发明实施例乳化沥青储存桶示意图。 [0049] 其中，1、Arduino相机；2、石料储存箱；3、乳化沥青储存桶；4、连接杆；5、控制中心；6、高强空气吹风机；7、切割刀片；8、警示灯；9、第一乳化沥青输送管道；10、第二乳化沥青输送管道；11、第三乳化沥青输送管道；12、第四乳化沥青输送管道；13、第五乳化沥青输送管道；14、第一转接口；15、第二转接口；16、第三转接口，17、第四转接口；18、石料中转桶；19、T型撒布直板；20、第二石料输送管道；21、第一石料输送管道；22、电池；23、撒布喷口；24、中板；25、上板；23、搅拌器。 具体实施方式[0050] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。 [0051] 下面结合实施例对本发明作进一步说明。 [0052] 实施例1 [0053] 沥青路面坑槽智能修复装备，包括修补车体、清理中心、储料中心、修补中心、图像识别中心与控制中心； [0054] 如图1和图3所示，修补车体包括高强空气吹风机6、警示灯8、电池22、中板与上板，修补车体由电池22进行供能，用于沥青路面坑槽智能修复装备在坑槽病害处识别、移动及修补；高强吹风机6位于修补车体前侧，方便装备进行清理坑槽区域；警示灯8位于修补车体后侧，用以提醒对修补车体进行充电。 [0055] 上板上安装有储料中心、图像识别中心，储料中心和图像识别中心分别安装在修补车体上板的前后两端；中板上安装有控制中心、清理中心与修补中心。 [0056] 储料中心包括石料储存箱2、乳化沥青储存桶3，所述石料储存箱2位于修补车体上板后侧，内部装有的碎石材料为玄武岩石料，粒径控制为9.5‑13.2mm，其表面应保持整洁、干燥；所述的乳化沥青罐3位于修补车体上板中部靠近石料储存箱2。 [0057] 修补中心包括石料撒布装置、乳化沥青撒布装置、石料输送管道与乳化沥青输送管道。 [0058] 所述的石料输送通过输送泵将细小石料吸入并高速吹送至管道，管道包括第一石料输送管道21与第二石料输送管道20；所述的石料撒布装置包括T型撒布直板19、石料中转桶18，T型撒布直板19(从中间主管道位置至两端头依次分布着连接主管道口且逐渐由小变大的分散撒布小口)通过第一石料输送管道21与石料中转桶18相连接，石料中转桶18通过第二石料输送管道20与石料储存箱2连接。 [0059] 所述的乳化沥青输送管道包括第一乳化沥青输送管道9、第二乳化沥青输送管道10、第三乳化沥青输送管道11、第四乳化沥青输送管道12与第五乳化沥青输送管道13；所述的乳化沥青撒布装置包括撒布喷口23、第一转接口14、第二转接口15、第三转接口16与第四转接口17，第一乳化沥青输送管道9连接乳化沥青储存桶3与第一转接口14，第二乳化沥青输送管道10连接第一转接口14与第二转接口15，第三乳化沥青输送管道11连接第二转接口 15与第三转接口16，第四乳化沥青输送管道12连接第三转接口16与第四转接口17，第五乳化沥青输送管道13连接第四转接口17与撒布喷口(从中间主管道位置至两端头依次分布着连接主管道口且逐渐由小变大的分散撒布小口)23。所述的第三转接口(转接口由可伸缩和可扭转的波纹管平滑连接)16可在修补车体垂直方向进行90°移动，用以调节撒布喷口离地面的垂直距离；所述的第四转接口(转接口由可伸缩和可扭转的波纹管平滑连接)17可在修补车体移动方向进行90°移动，用以调节撒布喷口离地面的倾斜角度。 [0061] 具体的，沥青路面坑槽病害处受损面积较大，坑槽壁面与底面常出现裸露出石料断面，因断面在行车荷载、雨水冲刷作用下逐渐光滑，若直接填入沥青混合料修补材料会使新旧料间黏附性不强，导致修补失败。本发明在坑槽修补时，碎石和乳化沥青在同步喷洒的过程中会形成混合粘结料，这样就能加大沥青结合料和骨料之间表面接触度，且粘结之后的粗糙度还可加大与轮胎之间的摩擦系数，既能满足公路的抗滑要求，还能减少能耗。 [0062] 修补车体前方还设置清理中心。清理中心包括切割刀片7与高强空气吹风机6；所述的切割刀片7由连接杆4带动上下移动，工作时对路面坑槽部位进行切割开挖，非工作时间抬起方便修补车体移动；所述的空气吹风机6对病害部位切割开挖完成后清理坑槽部位，去除坑槽内碎石杂质。 [0063] 针对路面坑槽病害的识别检测，在修补车体上板的前侧设置图像识别中心，包括有两个像素30万，分辨率为320×240的Arduino相机1，Arduino相机1通过修补车体移动测量路面坑槽病害图像，并将获取的图像信息发送至控制中心5。 [0064] 控制中心5位于修补车体中板的顶部，将获取到的坑槽病害图像进行灰度转化处理，通过中值滤波进行去除孔洞和噪声，采用ostu算法进行二值化处理，在进行图像重构，最后提取裂缝细化后中心像素的X‑Y坐标，通过计算实际的图像长度与图像中水平像素总数的比值，得到坑槽的实际位置，对坑槽位置进行定位。完成后控制中心5采用贪婪算法找到坑槽修补的最佳路径。 [0065] 实施例2 [0066] 沥青路面坑槽智能修复方法，包括： [0067] 步骤一：修补车体按照预设路线进行移动至坑槽病害处，Arduino相机1开始工作，同步拍摄前方路面病害图像。 [0068] 步骤二：控制中心5将获取的的路面病害图像进行处理，识别路面坑槽形貌并进行精确定位。 [0069] 具体的，首先控制中心5将获取图像进行预处理，进行灰度转化处理，其次为了改善图像质量，去除噪声和干扰对图像进行滤波处理。 [0070] 具体的，采用ptsu算法将每一个灰度值可能的阈值将灰度级分为两类，依次计算每次分类的类间方差，选取类间方差最大的灰度值作为阈值，提取目标区域。 [0071] 具体的，采用图像细化的方法对检测到的坑槽位置进行细化，以减少裂纹封闭的工作量。细化算法用于生成检测到的裂纹骨架，即去除像素直到达到单个像素厚度的操作。根据裂纹像素奇偶性准则将图像分解为多个序列，对同一子场中的像素进行像素去除，对每一个检测到的像素进行无限次迭代，直到检测不到任何变化为止。 [0072] 具体的，对图像进行后处理后，得到坑槽中心线像素，利用中心线像素对图像中的坑槽像素进行定位。该算法在MATLAB提取坑槽细化后中心线像素的X‑Y坐标，并对中心线像素进行定位，得到坑槽的坐标。 [0073] 步骤三：控制中心5根据贪婪算法获取最佳修补路径，并控制控制清理中心开始工作。 [0074] 具体的，清理中心控制切割刀片7下降开始工作，按照规划路径完成对病害位置的切割开挖，切割完成后，清理中心控制切割刀片7开始工作并提起回到初始位置。 [0075] 具体的，清理中心控制高强空气吹风机6开始工作清理切割部位，去除坑槽中的石屑杂质。 [0076] 步骤四：控制中心5控制修补车体调整位置，此时控制储料中心与修补中心开始工作。 [0077] 具体的，首先打开乳化沥青储存桶3及乳化沥青撒布装置，修补车体按照规划路径匀速前进，撒布喷口23对坑槽病害部位均匀撒布一层乳化沥青，形成一层有较好粘性的涂层。 [0078] 步骤五：控制中心5控制修补车体调转方向，此时控制石料储存箱2、乳化沥青储存桶3、石料撒布装置与乳化沥青撒布装置。 [0079] 具体的，修补车体匀速向前，撒布喷口23首先撒布一层均匀的乳化沥青，此时石料撒布装置均匀撒布一层石料，直到修补完成。 [0080] 具体的，控制中心5可控制第三转接口16与第四转接口17调节撒布喷口23与地面之间的距离与倾斜角度，使乳化沥青更加均匀的撒布。 [0082] 当修补车体电池电量过低，通过Battery Management System(BMS)断开电池并接通控制中心中备用电池，并打开警示灯提醒工作人员更换电池。 [0083] 当修补车体电池电量符合要求，控制中心将控制修补车体前往下一修补地点完成修补。 [0084] 本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。 [0085] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。 [0086] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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