一种沥青路面表面水膜厚度检测装置及检测方法

本发明属于沥青道路安全监测，具体涉及一种沥青路面表面水膜厚度检测装置及检测方法。

背景技术：

1、降雨在路面表面形成的水膜可显著降路面的抗滑能力，这使得车辆或飞机的制动距离更长，更容易发生侧滑与水漂等危险状况，极大地威胁了车辆与飞机的行驶安全性。目前，我国的道路会定期采用连续式或定点式测试设备对路面的摩擦系数和构造深度进行检测，以保障路面的行驶安全性。但由于测试仪器本身的限制，检测值与路面在实际使用过程中提供的抗滑能力仍然有一定差异。为弥补这种差异，进一步提高车辆的行驶安全性，有必要对路面表面上水膜厚度进行动态监测，辅助道路管理者进行决策，并为道路使用者提供预警。

2、现有沥青路面测量水膜厚度方法主要是通过人工使用刻度尺测量，耗费人力资源，无法实现实时持续监测，而且测量受人为主观影响较大，难以保证精度。部分沥青道路采用间接测量的方法，如利用传感器感知水膜底部压力，对该数据进行处理，间接得到水膜厚度。但是，路面的积水往往混有泥沙，并且其浓度可能随着自然环境的变化而实时改变，无法准确获得积水的容重，其余类型的传感器也存在同样的问题。间接测量方法在转化计算水膜厚度的过程中，存在一定的误差。

3、因此，需要一种直观智慧地监测沥青路面水膜厚度的手段。

技术实现思路

1、解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供了一种沥青路面表面水膜厚度检测装置及检测方法，可实时精确地检测路面湿滑状态的水膜厚度。

2、技术方案：一种沥青路面表面水膜厚度检测装置，包括外罩、刻度尺、摄像头和数据处理模块，所述外罩底面开口，设于沥青路面的硬路肩上；所述刻度尺设于外罩内，其长度方向与硬路肩的表面垂直，且底端面与硬路肩相接近；所述摄像头设于外罩内，其镜头方向正对刻度尺的刻度面；所述数据处理模块与摄像头通信连接，用于获取路面参考图像、建立参考模型、获取路面实时图像和计算水膜厚度。

3、优选的，所述外罩为立方体结构，包括四个侧板和一个顶板，其中两个侧板与沥青路面的车道宽度方向平行，且与路面表面存在间隙；另外两个侧板与沥青路面的车道长度方向平行，且与路面表面相抵接。

4、优选的，所述摄像头为微距摄像头，所述刻度尺的分度值为1mm。

5、优选的，所述检测装置还包括太阳能电板，所述太阳能电板设于硬路肩两侧的排水沟上，且与摄像头电连接。

6、优选的，所述检测装置还包括物联网云平台，与所述数据处理模块通信连接。

7、优选的，所述检测装置还包括照明灯，所述照明灯的灯光范围覆盖摄像头的视角范围。

8、优选的，所述检测装置还包括安装座，所述安装座设于外罩内，所述摄像头与安装座上下滑动连接。

9、一种沥青路面表面水膜厚度检测方法，包括步骤如下：

10、s1.通过摄像头拍摄路面参考图像，并传输至数据处理模块；

11、s2.数据处理模块对参考图像进行预处理，识别水膜上表面，计算水膜上表面到图像底边的像素距离，同时根据像素距离和对应的刻度尺的刻度距离的换算比例、摄像头的空间位置，建立参考模型；

12、s3. 通过摄像头拍摄实时路面作为路面实时图像，并传输至数据处理模块；

13、s4. 数据处理模块对路面实时图像进行预处理，识别水膜上表面，计算水膜上表面到图像底边的像素距离，并代入参考模型，得到水膜厚度。

14、优选的，所述步骤s2中，参考模型如下：

15、当摄像头的视角范围最低点不低于硬路肩的表面，则：

16、thickness＝s1+s2；

17、其中，thickness表示水膜厚度；s1＝k×p，k表示换算比例，即1单位刻度距离等于k单位像素距离，p表示像素点到参考图像底边的像素距离，s2表示摄像头的视角范围最低点与硬路肩表面的距离；

18、当摄像头的视角范围最低点低于硬路肩的表面，则：

19、thickness＝s1-s2；

20、其中，s2= k×q，q表示参考图像中路肩的像素高度。

21、优选的，所述步骤s2和s4中，水膜上表面的识别方法步骤如下：对图像进行灰度化和二值化处理；获取最新的水膜厚度，将其代入参考模型获得像素距离，根据像素距离确定感兴趣区域；在图像中找到感兴趣区域，并根据预设的交界阈值，在图像中找到气水分界线，即水膜上表面。

22、有益效果：本发明设计的外罩，一方面可以防尘、防风、防水，避免灰尘影响图像清晰度，避免风吹导致摄像头和刻度尺之间的位置发生改变，避免雨水损坏摄像头、降低图像清晰度以及导致摄像头和刻度尺发生相对位移；另一方面，外罩还起到支撑架作用，可以将刻度尺和摄像头的位置保持在设定好的空间位置下。

23、本发明摒弃了传统的通过算法识别图像中刻度尺字符以得到数据的处理方法，建立参考模型，根据像素距离与刻度距离的换算比例建立参考模型，只需识别图像中水膜的上表面，算法复杂度大大降低，而且可以快速、准确地换算出水膜厚度，保证了测量精度。

24、本发明通过安装座将摄像头安装在外罩内，可以灵活改变摄像头的离地高度，一方面，避免积水浸泡摄像头；另一方面，在不同地区、不同季节可以根据降雨量调整摄像头的离地高度，从而保证拍摄的图像中能监测不同厚度的水膜。

技术特征：

1.一种沥青路面表面水膜厚度检测装置，其特征在于，包括外罩、刻度尺、摄像头和数据处理模块，所述外罩底面开口，设于沥青路面的硬路肩上；所述刻度尺设于外罩内，其长度方向与硬路肩的表面垂直，且底端面与硬路肩相接近；所述摄像头设于外罩内，其镜头方向正对刻度尺的刻度面；所述数据处理模块与摄像头通信连接，用于获取路面参考图像、建立参考模型、获取路面实时图像和计算水膜厚度。

2.根据权利要求1所述的一种沥青路面表面水膜厚度检测装置，其特征在于，所述外罩为立方体结构，包括四个侧板和一个顶板，其中两个侧板与沥青路面的车道宽度方向平行，且与路面表面存在间隙；另外两个侧板与沥青路面的车道长度方向平行，且与路面表面相抵接。

3.根据权利要求1所述的一种沥青路面表面水膜厚度检测装置，其特征在于，所述摄像头为微距摄像头，所述刻度尺的分度值为1mm。

4.根据权利要求1所述的一种沥青路面表面水膜厚度检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括太阳能电板，所述太阳能电板设于硬路肩两侧的排水沟上，且与摄像头电连接。

5.根据权利要求1所述的一种沥青路面表面水膜厚度检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括物联网云平台，与所述数据处理模块通信连接。

6.根据权利要求1所述的一种沥青路面表面水膜厚度检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括照明灯，所述照明灯的灯光范围覆盖摄像头的视角范围。

7.根据权利要求1所述的一种沥青路面表面水膜厚度检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括安装座，所述安装座设于外罩内，所述摄像头与安装座上下滑动连接。

8.利用权利要求1所述检测装置的沥青路面表面水膜厚度检测方法，其特征在于，包括步骤如下：

9.根据权利要求8所述的沥青路面表面水膜厚度检测方法，其特征在于，所述步骤s2中，参考模型如下：

10.根据权利要求8所述的沥青路面表面水膜厚度检测方法，其特征在于，所述步骤s2和s4中，水膜上表面的识别方法步骤如下：对图像进行灰度化和二值化处理；获取最新的水膜厚度，将其代入参考模型获得像素距离，根据像素距离确定感兴趣区域；在图像中找到感兴趣区域，并根据预设的交界阈值，在图像中找到气水分界线，即水膜上表面。

技术总结
本发明公开了一种沥青路面表面水膜厚度检测装置及检测方法，属于沥青道路安全监测技术领域。该检测装置包括外罩、刻度尺、摄像头和数据处理模块，所述外罩底面开口，设于沥青路面的硬路肩上；所述刻度尺设于外罩内，其长度方向与硬路肩的表面垂直，且底端面与硬路肩相接近；所述摄像头设于外罩内，其镜头方向正对刻度尺的刻度面；所述数据处理模块与摄像头通信连接，用于获取路面参考图像、建立参考模型、获取路面实时图像和计算水膜厚度。本发明可实时精确地检测路面湿滑状态的水膜厚度。

技术研发人员：马涛,张天友,陈思宇,陈丰,徐光霁
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13