T/CCTAS 80-2023 公路面病害自動(dòng)化識(shí)別技術(shù)指南
1 范圍
本文件規(guī)定了公路路面病害自動(dòng)化識(shí)別的技術(shù)要求，包括一般規(guī)定、采集設(shè)備、數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理、自動(dòng)化識(shí)別和附錄等內(nèi)容。
本文件適用于二級(jí)以上等級(jí)公路，其他等級(jí)公路可參照?qǐng)?zhí)行。
2 規(guī)范性引用文件 規(guī)范性引用文件
下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，標(biāo)注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；標(biāo)注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。
GB/T 26764 多功能路況快速檢測(cè)設(shè)備
JTG 5142 公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范
JTG/T 5142-01 公路瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范
JTG 5210 公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)
JTG 3450 公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程
JTG B01 公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
JTG/T E61 公路路面技術(shù)狀況自動(dòng)化檢測(cè)規(guī)程
JTG/T F30 公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細(xì)則
JTG F40 公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范
JTG H10 公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范
3 術(shù)語(yǔ)和定義
下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。
3.1 3.1
路面病害 路面病害 pavement distress pavement distress pavement distress pavement distresspavement distresspavement distresspavement distress pavement distresspavement distress
公路在使用一段時(shí)間之后出現(xiàn)的路面損壞、變形及其它缺陷。
3.2 3.2
路面病害自動(dòng)化識(shí)別 路面病害自動(dòng)化識(shí)別 路面病害自動(dòng)化識(shí)別 路面病害自動(dòng)化識(shí)別 automatic recognition of pavement distress automatic recognition of pavement distress automatic recognition of pavement distressautomatic recognition of pavement distress automatic recognition of pavement distressautomatic recognition of pavement distress automatic recognition of pavement distress automatic recognition of pavement distressautomatic recognition of pavement distressautomatic recognition of pavement distressautomatic recognition of pavement distress automatic recognition of pavement distressautomatic recognition of pavement distressautomatic recognition of pavement distressautomatic recognition of pavement distress automatic recognition of pavement distressautomatic recognition of pavement distressautomatic recognition of pavement distressautomatic recognition of pavement distress automatic recognition of pavement distressautomatic recognition of pavement distress automatic recognition of pavement distress automatic recognition of pavement distressautomatic recognition of pavement distress automatic recognition of pavement distress
通過(guò)安裝在檢測(cè)車上的路面信息掃描設(shè)備采集公路路面狀況信息，采用自動(dòng)化識(shí)別技術(shù)對(duì)公路路面病害進(jìn)行檢測(cè)、分割和分類。
3.3 3.3
路面二維圖像 路面二維圖像 路面二維圖像 two -dimensional image of pavement dimensional image of pavementdimensional image of pavementdimensional image of pavementdimensional image of pavement dimensional image of pavement dimensional image of pavement dimensional image of pavementdimensional image of pavementdimensional image of pavementdimensional image of pavement dimensional image of pavement dimensional image of pavement dimensional image of pavementdimensional image of pavementdimensional image of pavement dimensional image of pavement
通過(guò)安裝在檢測(cè)車上的二維線陣相機(jī)對(duì)公路路面進(jìn)行連續(xù)拍攝，采集到的公路路面二維線陣圖像。
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3.4 3.4
路面深度圖像 路面深度圖像 路面深度圖像 depth image of pavement depth image of pavement depth image of pavement depth image of pavement depth image of pavement depth image of pavement depth image of pavement depth image of pavement depth image of pavement depth image of pavement depth image of pavement
采用3D線陣相機(jī)采集的公路路面各點(diǎn)的深度值作為像素值的圖像，深度圖像每個(gè)像素點(diǎn)的灰度映射為3D線陣相機(jī)到地面之間的距離數(shù)據(jù)。
3.5 3.5
路面三維點(diǎn)云數(shù)據(jù) 路面三維點(diǎn)云數(shù)據(jù) 路面三維點(diǎn)云數(shù)據(jù) 路面三維點(diǎn)云數(shù)據(jù) threethree -dimensional point cloud data of pavement dimensional point cloud data of pavementdimensional point cloud data of pavementdimensional point cloud data of pavement dimensional point cloud data of pavement dimensional point cloud data of pavementdimensional point cloud data of pavementdimensional point cloud data of pavement dimensional point cloud data of pavementdimensional point cloud data of pavement dimensional point cloud data of pavementdimensional point cloud data of pavement dimensional point cloud data of pavement dimensional point cloud data of pavement dimensional point cloud data of pavement dimensional point cloud data of pavement dimensional point cloud data of pavementdimensional point cloud data of pavement dimensional point cloud data of pavementdimensional point cloud data of pavementdimensional point cloud data of pavementdimensional point cloud data of pavement
通過(guò)安裝在檢測(cè)車上的3D線陣相機(jī)對(duì)公路路面進(jìn)行連續(xù)拍攝，采集到的公路路面深度圖像通過(guò)矩陣變換映射為空間三維圖像數(shù)據(jù)。
3.6 3.6
檢測(cè)正確率 檢測(cè)正確率 detection precision detection precision detection precisiondetection precisiondetection precision detection precision detection precision detection precisiondetection precisiondetection precisiondetection precision
自動(dòng)化檢測(cè)正確的公路路面病害比率。
3.7 3.7
分類正確率 分類正確率 classification precision classification precision classification precision classification precisionclassification precisionclassification precision classification precisionclassification precision classification precisionclassification precision classification precisionclassification precisionclassification precision
自動(dòng)化分類正確的公路路面病害比率。
3.8 3.8
識(shí)別正確率 識(shí)別正確率 recognition precisionrecognition precision recognition precisionrecognition precisionrecognition precisionrecognition precision recognition precision recognition precision recognition precisionrecognition precision
檢測(cè)正確率乘以分類正確率。
4 縮略語(yǔ)
GNSS 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)；
BDS 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；
JPG 面向連續(xù)色調(diào)靜止圖像的一種壓縮標(biāo)準(zhǔn)；
TIF 標(biāo)簽圖像文件格式；
XML 可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言；
CNN 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；
RCNN 區(qū)域卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；
Faster-RCNN 快速目標(biāo)檢測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；
YOLO 一種單級(jí)目標(biāo)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)；
SSD 一種多尺度目標(biāo)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)；
FCN 全卷積網(wǎng)絡(luò)；
U-Net 一種語(yǔ)義分割神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；
SegNet 一種深度全卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；
Deeplabv3+ 一種空洞卷積圖像語(yǔ)義分割網(wǎng)絡(luò)；
ResNet50 一種圖像分類深度殘差神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；
Inception V3 一種多尺度深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；
Xception 一種圖像分類深度可分離卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
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5 一般規(guī)定
5.1 一般要求
5.1.1 公路路面圖像數(shù)據(jù)宜采用公路路況檢測(cè)車采集方式。
5.1.2 公路路面圖像數(shù)據(jù)宜采用圖像拼接、圖像標(biāo)注等處理與分析技術(shù)。
5.1.3 公路路面病害圖像宜采用目標(biāo)檢測(cè)、自動(dòng)分割、自動(dòng)化分類等自動(dòng)化識(shí)別方法。
5.2 公路路面病害自動(dòng)化識(shí)別流程
公路路面病害自動(dòng)化識(shí)別包括公路路面數(shù)據(jù)采集設(shè)備設(shè)置、數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理、公路路面病害識(shí)別，
流程圖如圖1所示。
公路路面深度圖像
采集設(shè)備
采集公路路面二維線陣圖像
采集公路路面深度圖像
路面二維線陣圖像拼接
采用變換矩陣變換成三維點(diǎn)
云圖像
路面三維點(diǎn)云圖像拼接
轉(zhuǎn)換為二維線陣圖像
圖像標(biāo)注
公路路面病害自動(dòng)分割
公路路面病害自動(dòng)化分類
公路路面二維線陣
圖像采集設(shè)備
公路路面病害目標(biāo)檢測(cè)
公路
路面
數(shù)據(jù)
采集
設(shè)備
數(shù)據(jù)
采集
與預(yù)
處理
公路
路面
病害
自動(dòng)
化識(shí)
別
圖1 公路路面病害自動(dòng)化識(shí)別流程圖
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6 采集設(shè)備
公路路面圖像數(shù)據(jù)采集采用公路路況檢測(cè)車進(jìn)行，要求在不影響正常交通情況下能夠采集路面病害自動(dòng)化識(shí)別所需要的公路路面圖像數(shù)據(jù)。
6.1 6.1 公路面圖像數(shù)據(jù)采集 公路面圖像數(shù)據(jù)采集 公路面圖像數(shù)據(jù)采集 公路面圖像數(shù)據(jù)采集
6.1.1 6.1.1 6.1.1 二維線陣圖像數(shù)據(jù)采集設(shè)備 二維線陣圖像數(shù)據(jù)采集設(shè)備 二維線陣圖像數(shù)據(jù)采集設(shè)備 二維線陣圖像數(shù)據(jù)采集設(shè)備 二維線陣圖像數(shù)據(jù)采集設(shè)備
公路路面二維圖像采集設(shè)備包括：二維線陣相機(jī)組件、LED照明設(shè)備、路權(quán)相機(jī)（視頻相機(jī)）、GNSS接收機(jī)、距離測(cè)量?jī)x和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。公路路面二維圖像采集設(shè)備在檢測(cè)車上的布設(shè)位置如圖2所示。
圖 2 公路面二維 公路面二維 線陣 圖 像采集設(shè)備組成及位置示意圖 像采集設(shè)備組成及位置示意圖 像采集設(shè)備組成及位置示意圖 像采集設(shè)備組成及位置示意圖 像采集設(shè)備組成及位置示意圖
像采集設(shè)備組成及位置示意6.1.2 6.1.2 6.1.2 深度圖像數(shù)據(jù)采集設(shè)備 深度圖像數(shù)據(jù)采集設(shè)備 深度圖像數(shù)據(jù)采集設(shè)備 深度圖像數(shù)據(jù)采集設(shè)備
公路路面深度圖像數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括：激光器-3D線陣相機(jī)組件、路權(quán)相機(jī)（視頻相機(jī)）、GNSS接收機(jī)、距離測(cè)量?jī)x和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。公路路面深度圖像數(shù)據(jù)采集設(shè)備在檢測(cè)車上的布設(shè)位置如圖3所示。
圖 3 公路面 深度圖像 深度圖像 數(shù)據(jù)采集設(shè)備組成及位置示意圖 數(shù)據(jù)采集設(shè)備組成及位置示意圖 數(shù)據(jù)采集設(shè)備組成及位置示意圖 數(shù)據(jù)采集設(shè)備組成及位置示意圖 數(shù)據(jù)采集設(shè)備組成及位置示意圖 數(shù)據(jù)采集設(shè)備組成及位置示意圖
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6.2 6.2 二維線陣相機(jī)組件、激光器 二維線陣相機(jī)組件、激光器 二維線陣相機(jī)組件、激光器 二維線陣相機(jī)組件、激光器 +3D+3D+3D線陣相機(jī)組件的安裝設(shè)計(jì) 線陣相機(jī)組件的安裝設(shè)計(jì) 線陣相機(jī)組件的安裝設(shè)計(jì) 線陣相機(jī)組件的安裝設(shè)計(jì) 線陣相機(jī)組件的安裝設(shè)計(jì) 線陣相機(jī)組件的安裝設(shè)計(jì)
6.2.1 6.2.1 6.2.1 計(jì)算設(shè)備安裝高度 計(jì)算設(shè)備安裝高度 計(jì)算設(shè)備安裝高度
采用公式（1）計(jì)算設(shè)備安裝高度H。
?=???? ……………………………………………… ……………………………………………… ……………………………………………… ……………………………………………… ……………………………………………… ……………………………………………… ……………………………………………… ……………………………………………… ……………………………………………… （1）
其中， ?是相機(jī)的焦距； 是相機(jī)的焦距； 是相機(jī)的焦距； 是相機(jī)的焦距；
?是相機(jī)芯片的單個(gè)像元大??； 是相機(jī)芯片的單個(gè)像元大?。?是相機(jī)芯片的單個(gè)像元大?。?是相機(jī)芯片的單個(gè)像元大??； 是相機(jī)芯片的單個(gè)像元大小； 是相機(jī)芯片的單個(gè)像元大小；
?是公路面圖像分辨率，這里取 是公路面圖像分辨率，這里取 是公路面圖像分辨率，這里取 是公路面圖像分辨率，這里取 是公路面圖像分辨率，這里取 是公路面圖像分辨率，這里取 是公路面圖像分辨率，這里取 1mm 1mm。
6.2.2 6.2.2 6.2.2 計(jì)算相機(jī)之間的隔 計(jì)算相機(jī)之間的隔 計(jì)算相機(jī)之間的隔 計(jì)算相機(jī)之間的隔
根據(jù)公路車道寬度D=3.75m計(jì)算相機(jī)之間的安裝間隔。如圖4，各參數(shù)之間存在公式（2）之間的關(guān)系。
{?=2??3??=??? …………………………………………… …………………………………………… …………………………………………… …………………………………………… …………………………………………… …………………………………………… …………………………………………… …………………………………………… …………………………………………… （2）
式中，W是圖像寬度；
D是公路車道寬度；
e是相鄰圖像重疊范圍與圖像外側(cè)剩余寬度；
d是相鄰相機(jī)之間的距離。
圖 4 車載采集設(shè)備的計(jì)示意圖 車載采集設(shè)備的計(jì)示意圖 車載采集設(shè)備的計(jì)示意圖 車載采集設(shè)備的計(jì)示意圖 車載采集設(shè)備的計(jì)示意圖
6.2.3 6.2.3 6.2.3 激光器 +3D+3D+3D線陣相機(jī)組件中 線陣相機(jī)組件中 線陣相機(jī)組件中 線陣相機(jī)組件中 3D 線陣相機(jī)的位置 線陣相機(jī)的位置 線陣相機(jī)的位置 線陣相機(jī)的位置 要求
激光器套件由發(fā)射激光的激光器和接受反射激光的3D線陣相機(jī)構(gòu)成，3D線陣相機(jī)與激光器的幾何關(guān)系如圖5所示。
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圖 5 激光器 -3D 線陣相機(jī)組件安裝示意圖 線陣相機(jī)組件安裝示意圖 線陣相機(jī)組件安裝示意圖 線陣相機(jī)組件安裝示意圖 線陣相機(jī)組件安裝示意圖
3D線陣相機(jī)與激光器的各參數(shù)之間的幾何關(guān)系見公式（3）。
?=?????? …………………………………………… …………………………………………… …………………………………………… …………………………………………… …………………………………………… …………………………………………… …………………………………………… …………………………………………… …………………………………………… （3）
其中，H 是設(shè)備安裝的高度；
θ是相機(jī)安裝的傾斜角度；
B是工業(yè)相機(jī)與激光器之間的安裝距離。
6.3 6.3 設(shè)備技術(shù)指標(biāo) 設(shè)備技術(shù)指標(biāo)
6.3.1.3.1 .3.1 采集設(shè)備技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足公路面圖像數(shù)據(jù)的完整性、定位準(zhǔn)確顯示精等要求。 采集設(shè)備技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足公路面圖像數(shù)據(jù)的完整性、定位準(zhǔn)確顯示精等要求。 采集設(shè)備技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足公路面圖像數(shù)據(jù)的完整性、定位準(zhǔn)確顯示精等要求。 采集設(shè)備技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足公路面圖像數(shù)據(jù)的完整性、定位準(zhǔn)確顯示精等要求。 采集設(shè)備技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足公路面圖像數(shù)據(jù)的完整性、定位準(zhǔn)確顯示精等要求。 采集設(shè)備技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足公路面圖像數(shù)據(jù)的完整性、定位準(zhǔn)確顯示精等要求。 采集設(shè)備技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足公路面圖像數(shù)據(jù)的完整性、定位準(zhǔn)確顯示精等要求。 采集設(shè)備技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足公路面圖像數(shù)據(jù)的完整性、定位準(zhǔn)確顯示精等要求。 采集設(shè)備技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足公路面圖像數(shù)據(jù)的完整性、定位準(zhǔn)確顯示精等要求。 采集設(shè)備技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足公路面圖像數(shù)據(jù)的完整性、定位準(zhǔn)確顯示精等要求。 采集設(shè)備技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足公路面圖像數(shù)據(jù)的完整性、定位準(zhǔn)確顯示精等要求。 采集設(shè)備技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足公路面圖像數(shù)據(jù)的完整性、定位準(zhǔn)確顯示精等要求。 采集設(shè)備技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足公路面圖像數(shù)據(jù)的完整性、定位準(zhǔn)確顯示精等要求。 采集設(shè)備技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足公路面圖像數(shù)據(jù)的完整性、定位準(zhǔn)確顯示精等要求。 采集設(shè)備技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足公路面圖像數(shù)據(jù)的完整性、定位準(zhǔn)確顯示精等要求。 采集設(shè)備技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足公路面圖像數(shù)據(jù)的完整性、定位準(zhǔn)確顯示精等要求。 采集設(shè)備技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足公路面圖像數(shù)據(jù)的完整性、定位準(zhǔn)確顯示精等要求。
6.3.2 6.3.2 6.3.2 二維線陣相機(jī)組件技術(shù)指標(biāo) 二維線陣相機(jī)組件技術(shù)指標(biāo) 二維線陣相機(jī)組件技術(shù)指標(biāo) 二維線陣相機(jī)組件技術(shù)指標(biāo) 二維線陣相機(jī)組件技術(shù)指標(biāo)
二維線陣相機(jī)組件安置在檢測(cè)車尾部，在LED照明設(shè)備的配合下，垂直向下拍攝獲取公路路面二維線陣圖像。二維線陣相機(jī)的參數(shù)指標(biāo)如表1所示。
表 1 二維線陣相機(jī)參數(shù)指標(biāo)要求 二維線陣相機(jī)參數(shù)指標(biāo)要求 二維線陣相機(jī)參數(shù)指標(biāo)要求 二維線陣相機(jī)參數(shù)指標(biāo)要求 二維線陣相機(jī)參數(shù)指標(biāo)要求
參數(shù)名稱
參數(shù)值
采集方式
行圖像
單個(gè)二維線陣相機(jī)行掃描寬度
4.096m4.096m4.096m4.096m4.096m4.096m（使用一個(gè)二維線陣相機(jī)）或 2.048m2.048m2.048m2.048m2.048m2.048m（使用二個(gè)線陣相機(jī)拼接）
2.00 m2.00 m2.00 m2.00 m2.00 m2.00 m（使用兩個(gè)相機(jī)拼接）
圖像分辨率
≤1mm ≤1mm ≤1mm
環(huán)境溫度
0° C~+45° C0° C~+45° C0° C~+45° C0° C~+45° C 0° C~+45° C0° C~+45° C0° C~+45° C0° C~+45° C0° C~+45° C0° C~+45° C
環(huán)境濕度
10%~80%10%~80%10%~80%10%~80%10%~80%10%~80%10%~80%
存儲(chǔ)溫度
20° C~+70° C20° C~+70° C20° C~+70° C20° C~+70° C20° C~+70° C 20° C~+70° C20° C~+70° C20° C~+70° C20° C~+70° C20° C~+70° C20° C~+70° C
千兆以太網(wǎng)接口
有
工作方式
連續(xù)采集
、軟觸發(fā)脈沖
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6.3.3 6.3.3 6.3.3 激光器 +3D+3D+3D線陣相機(jī)組件技術(shù)指標(biāo) 線陣相機(jī)組件技術(shù)指標(biāo) 線陣相機(jī)組件技術(shù)指標(biāo) 線陣相機(jī)組件技術(shù)指標(biāo) 線陣相機(jī)組件技術(shù)指標(biāo)
激光器+3D線陣相機(jī)組件安置在車尾，激光器垂直向下發(fā)射激光，經(jīng)路面反射后被3D線陣相機(jī)接收，并存儲(chǔ)為公路路面深度圖像。激光器+3D線陣相機(jī)組件的具體參數(shù)要求如表2所示。
表 2 激光器 +3D+3D+3D線陣相機(jī)組件參數(shù)指標(biāo)要求 線陣相機(jī)組件參數(shù)指標(biāo)要求 線陣相機(jī)組件參數(shù)指標(biāo)要求 線陣相機(jī)組件參數(shù)指標(biāo)要求 線陣相機(jī)組件參數(shù)指標(biāo)要求 線陣相機(jī)組件參數(shù)指標(biāo)要求
參數(shù)名稱
參數(shù)值
3D 線陣相機(jī)掃描方式
行掃描
3D 線陣相機(jī)掃描寬度
1.45m1.45m1.45m1.45m1.45m（使用三個(gè) 3D 線陣相機(jī)拼接）或 2.048m2.048m2.048m2.048m2.048m2.048m（使用二個(gè) 3D 線陣相機(jī)拼接）
2.00 m2.00 m2.00 m2.00 m2.00 m2.00 m（使用兩個(gè)相機(jī)拼接）
3D 線陣相機(jī)工作方式
連續(xù)采集
、軟觸發(fā)脈沖3D 線陣相機(jī)深度圖像分辨率
≤1mm1mm1mm
激光器寬度
1.45m1.45m1.45m1.45m1.45m（使用三個(gè)激光器拼接）或 （使用三個(gè)激光器拼接）或 2.048m2.048m2.048m2.048m2.048m2.048m（使用二個(gè)激光器拼接）
激光器的波長(zhǎng)
670nm~808nm670nm~808nm670nm~808nm670nm~808nm670nm~808nm670nm~808nm670nm~808nm670nm~808nm670nm~808nm670nm~808nm670nm~808nm
工作電壓
12VDC12VDC12VDC12VDC
環(huán)境溫度
-10~+5010~+5010~+5010~+5010~+5010~+50℃
千兆以太網(wǎng)接口
有
防護(hù)（內(nèi)置）
靜電保護(hù)，過(guò)壓（ 30VDC30VDC30VDC30VDC ），過(guò)熱保護(hù)（＞ 50 ℃）
靜電保護(hù)
Level 4Level 4Level 4Level 4Level 4 Level 4
6.3.4 6.3.4 6.3.4 GNSSGNSSGNSSGNSS接收機(jī)技術(shù)指標(biāo) 接收機(jī)技術(shù)指標(biāo) 接收機(jī)技術(shù)指標(biāo) 接收機(jī)技術(shù)指標(biāo)
GNSS接收器布設(shè)在檢測(cè)車頂部以利于更好的接受GNSS信號(hào)，GNSS定位器通過(guò)RS232串口與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相連。GNSS接收器的參數(shù)指標(biāo)要求如表3所示。
表 3 GNSSGNSSGNSSGNSS設(shè)備參數(shù)要求 設(shè)備參數(shù)要求 設(shè)備參數(shù)要求 設(shè)備參數(shù)要求
參數(shù)名稱
參數(shù)值
信號(hào)跟蹤 采用多星系統(tǒng)內(nèi)核 BDS ：B1 、B2 、B3 GPSGPSGPS：L1C/AL1C/AL1C/A 、L1CL1CL1C、L2CL2CL2C、L2EL2EL2E、L5 GLONASS GLONASS GLONASSGLONASSGLONASS：L1C/AL1C/AL1C/A 、L1PL1PL1P、L2C/AL2C/AL2C/A 、L2PL2PL2P、L3 GALILEO:GIOVE GALILEO:GIOVEGALILEO:GIOVEGALILEO:GIOVEGALILEO:GIOVE GALILEO:GIOVEGALILEO:GIOVE GALILEO:GIOVE-A和 GIOVEGIOVE GIOVE-B、E1 、E5A E5A、E5B E5B
定位輸出頻率 1Hz~50Hz1Hz~50Hz 1Hz~50Hz1Hz~50Hz1Hz~50Hz1Hz~50Hz
差分支持 CMR CMR、RTCM2.XRTCM2.XRTCM2.X RTCM2.XRTCM2.XRTCM2.X、RTCM3.0RTCM3.0RTCM3.0 RTCM3.0RTCM3.0RTCM3.0、RTCM3.2RTCM3.2RTCM3.2 RTCM3.2RTCM3.2RTCM3.2
初始化時(shí)間
＜10 秒
初始化可靠性
>99.9%>99.9%>99.9%>99.9%>99.9%>99.9%
RTKRTKRTK定位精度 平面： ±（10+10ppm10+10ppm10+10ppm10+10ppm10+10ppm10+10ppm10+10ppm10+10ppm）mm 高程： ±（20+10ppm20+10ppm20+10ppm20+10ppm20+10ppm20+10ppm20+10ppm20+10ppm）mm
功率
1W/2W/5W1W/2W/5W1W/2W/5W 1W/2W/5W1W/2W/5W 1W/2W/5W可調(diào)
傳輸速率
19.2kbps/9.6kbps19.2kbps/9.6kbps19.2kbps/9.6kbps19.2kbps/9.6kbps19.2kbps/9.6kbps19.2kbps/9.6kbps19.2kbps/9.6kbps19.2kbps/9.6kbps 19.2kbps/9.6kbps19.2kbps/9.6kbps19.2kbps/9.6kbps19.2kbps/9.6kbps19.2kbps/9.6kbps19.2kbps/9.6kbps19.2kbps/9.6kbps可調(diào)
環(huán)境溫度
-40 ℃~+55~+55~+55~+55℃
防護(hù)等級(jí)
IP68 IP68IP68
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8
6.3.5 6.3.5 6.3.5 距離測(cè)量?jī)x技術(shù)指標(biāo) 距離測(cè)量?jī)x技術(shù)指標(biāo) 距離測(cè)量?jī)x技術(shù)指標(biāo) 距離測(cè)量?jī)x技術(shù)指標(biāo)
采用脈沖數(shù)為2048的增量式光電編碼器作為距離測(cè)量?jī)x，通過(guò)RS232串口與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相連。光電編碼器通過(guò)產(chǎn)生與位移增量相同的脈沖信號(hào)來(lái)對(duì)車輪的位移進(jìn)行離散化的表示。車輪每位移單位距離，光電編碼器即輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，將輸出的脈沖信號(hào)傳入到二維線陣相機(jī)或激光器-3D線陣相機(jī)組件中即可控制二維線陣相機(jī)或激光器-3D線陣相機(jī)組件采集公路路面圖像的頻率。增量式光電編碼器的參數(shù)指標(biāo)要求如表4所示。
表 4 增量式光電編碼器參數(shù)要求 增量式光電編碼器參數(shù)要求 增量式光電編碼器參數(shù)要求 增量式光電編碼器參數(shù)要求 增量式光電編碼器參數(shù)要求
參數(shù)名稱
參數(shù)值
每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)
2048204820482048個(gè)
測(cè)量原理
光電
最大轉(zhuǎn)速
6000600060006000rps
啟動(dòng)力矩
1.0Ncm1.0Ncm1.0Ncm1.0Ncm 1.0Ncm
力矩
0.75 Ncm0.75 Ncm0.75 Ncm0.75 Ncm0.75 Ncm0.75 Ncm 0.75 Ncm
工作電壓
DC 10V~30V DC 10V~30VDC 10V~30VDC 10V~30VDC 10V~30VDC 10V~30VDC 10V~30V
輸出電流
100mA100mA100mA100mA100mA帶短路保護(hù)
環(huán)境溫度
-25°~+55°25°~+55°25°~+55°25°~+55°25°~+55°25°~+55°25°~+55°25°~+55°
防護(hù)等級(jí)
IP50 IP50IP50
7 數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理 數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理 數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理
7.1 7.1 公路面二維圖像數(shù)據(jù)采集內(nèi)容 公路面二維圖像數(shù)據(jù)采集內(nèi)容 公路面二維圖像數(shù)據(jù)采集內(nèi)容 公路面二維圖像數(shù)據(jù)采集內(nèi)容 公路面二維圖像數(shù)據(jù)采集內(nèi)容
公路路面二維圖像數(shù)據(jù)采集主要包括里程信息數(shù)據(jù)、二維圖像數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)。
7.1.1 7.1.1 7.1.1 里程信息數(shù)據(jù) 里程信息數(shù)據(jù)
包括道路基礎(chǔ)設(shè)施信息數(shù)據(jù)以及道路采集信息數(shù)據(jù)，例如：道路信息、總里程、車道信息、定位信息、樁號(hào)、日期、車速等。
7.1.2 7.1.2 7.1.2 圖像數(shù)據(jù)
包括路權(quán)圖像信息、公路路面二維圖像信息。
7.1.3 7.1.3 7.1.3 設(shè)備狀態(tài)信息 設(shè)備狀態(tài)信息
包括設(shè)備狀態(tài)信息和設(shè)備異常狀態(tài)預(yù)警信息兩部分。
7.2 7.2 公路面深度圖像數(shù)據(jù)采集內(nèi)容 公路面深度圖像數(shù)據(jù)采集內(nèi)容 公路面深度圖像數(shù)據(jù)采集內(nèi)容 公路面深度圖像數(shù)據(jù)采集內(nèi)容 公路面深度圖像數(shù)據(jù)采集內(nèi)容
公路路面深度圖像數(shù)據(jù)采集主要包括里程信息數(shù)據(jù)、公路路面深度圖像和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)。
7.2.1 7.2.1 7.2.1 里程信息數(shù)據(jù) 里程信息數(shù)據(jù)
包括道路基礎(chǔ)設(shè)施信息數(shù)據(jù)以及道路采集信息數(shù)據(jù)，例如：道路信息、總里程、車道信息、定位信
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息、樁號(hào)、日期、車速等。
7.2.2 7.2.2 7.2.2 圖像信息數(shù)據(jù) 圖像信息數(shù)據(jù)
包括路權(quán)圖像信息、公路路面深度圖像信息。
7.2.3 7.2.3 7.2.3 設(shè)備采集狀態(tài)信息 設(shè)備采集狀態(tài)信息 設(shè)備采集狀態(tài)信息
包括設(shè)備狀態(tài)信息和設(shè)備異常狀態(tài)預(yù)警信息兩部分。
7.3 7.3 數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ) 數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)
應(yīng)采用公路路面信息采集軟件系統(tǒng)實(shí)施采集與存儲(chǔ)。
7.3.1 7.3.1 7.3.1 二維圖像數(shù)據(jù) 二維圖像數(shù)據(jù)
公路路面二維圖像數(shù)據(jù)保存在根文件夾下的路面信息文件夾，將多路二維線陣相機(jī)輸出的線陣圖像數(shù)據(jù)分開保存，應(yīng)以“時(shí)間戳-GNSS定位信息-相機(jī)編號(hào)-文件夾編號(hào)-序號(hào)”命名，宜以JPG等圖像格式保存。
7.3.2 7.3.2 7.3.2 深度圖像數(shù)據(jù) 深度圖像數(shù)據(jù)
公路路面深度圖像數(shù)據(jù)保存在根文件夾下的路面信息文件夾，將多路3D線陣相機(jī)輸出的路面深度圖像數(shù)據(jù)分開保存，應(yīng)以“時(shí)間戳-GNSS定位信息-激光器編號(hào)-文件夾編號(hào)-序號(hào)”命名，宜以TIF格式保存。
7.3.3 7.3.3 7.3.3 地理數(shù)據(jù)
GNSS系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)保存在根文件夾下的地理位置信息根文件夾，以GNSS系統(tǒng)格式進(jìn)行保存，應(yīng)優(yōu)選北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
7.3.4 7.3.4 7.3.4 路權(quán)相機(jī)數(shù)據(jù) 路權(quán)相機(jī)數(shù)據(jù)
路權(quán)相機(jī)數(shù)據(jù)保存在根文件夾下的路面信息根文件夾，宜以AVI等視頻格式進(jìn)行保存。
7.3.5 7.3.5 7.3.5 預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)
預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)保存在根文件夾下的路面信息根文件夾，宜以TXT格式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)應(yīng)包括路段數(shù)據(jù)采集任務(wù)開始之前新建工程所要設(shè)置的工程信息，主要包括工程目錄、工程名、路線名稱、檢測(cè)天氣、車道、公路等級(jí)、檢測(cè)方向、匝道、路面類型、起始位置樁號(hào)、檢測(cè)員、工程路徑等。
7.3.6 7.3.6 7.3.6 設(shè)備異常狀態(tài)預(yù)警數(shù)據(jù) 設(shè)備異常狀態(tài)預(yù)警數(shù)據(jù) 設(shè)備異常狀態(tài)預(yù)警數(shù)據(jù) 設(shè)備異常狀態(tài)預(yù)警數(shù)據(jù)
根據(jù)采集到的狀態(tài)信息對(duì)傳感器異常狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警。傳感器狀態(tài)信息應(yīng)包括心跳信號(hào)狀態(tài)信息、設(shè)備溫度信息、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)狀態(tài)信息，其中，心跳信號(hào)狀態(tài)信息表征傳感器與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)之間的連接狀態(tài)，設(shè)備溫度信息表征傳感器環(huán)境溫度是否正常，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)狀態(tài)信息表征傳感器數(shù)據(jù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是否存在數(shù)據(jù)溢出現(xiàn)象，傳感器狀態(tài)信息宜以TXT格式進(jìn)行保存。
7.3.7 7.3.7 7.3.7 車輛位置實(shí)時(shí)樁號(hào)校正數(shù)據(jù) 車輛位置實(shí)時(shí)樁號(hào)校正數(shù)據(jù) 車輛位置實(shí)時(shí)樁號(hào)校正數(shù)據(jù) 車輛位置實(shí)時(shí)樁號(hào)校正數(shù)據(jù) 車輛位置實(shí)時(shí)樁號(hào)校正數(shù)據(jù)
針對(duì)距離測(cè)量?jī)x測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的誤差會(huì)導(dǎo)致樁號(hào)不準(zhǔn)確的現(xiàn)象，在檢測(cè)車行駛到整公里處或誤差值大于5m時(shí)，車輛定位應(yīng)依據(jù)四舍五入原則自動(dòng)修正樁號(hào)至米，消除因?yàn)榫嚯x測(cè)量?jī)x的誤差導(dǎo)致檢測(cè)過(guò)程中樁號(hào)誤差的累積，宜以TXT格式進(jìn)行保存。
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7.4 7.4 數(shù)據(jù)精度指標(biāo) 數(shù)據(jù)精度指標(biāo)
為滿足公路路面病害自動(dòng)化識(shí)別的要求，路面圖像數(shù)據(jù)準(zhǔn)備應(yīng)滿足以下指標(biāo)：
a）相鄰二維線陣相機(jī)采集的公路路面二維圖像重疊范圍應(yīng)大于0.1m；
b）相鄰3D線陣相機(jī)采集的公路路面深度圖像的重疊范圍應(yīng)大于0.1m；
c）路面圖像丟失率小于0.01%，圖像丟失率為：未能正確采集到的路面圖像數(shù)量與公路路段應(yīng)采集到的路面圖像數(shù)量的比值；
d）GNSS后差分定位誤差不大于20cm。
7.5 7.5 圖像拼接
7.5.1 7.5.1 7.5.1 路面二維線陣圖像拼接 路面二維線陣圖像拼接 路面二維線陣圖像拼接 路面二維線陣圖像拼接
為了實(shí)現(xiàn)多幅公路路面二維線陣圖像的拼接，采用在重疊范圍內(nèi)提取和匹配特征點(diǎn)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
公路路面二維線陣圖像的拼接按照以下流程進(jìn)行：
1）關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)及特征提取；
2）特征匹配，確定對(duì)應(yīng)關(guān)系；
3）實(shí)現(xiàn)相鄰兩幅二維線陣圖像配準(zhǔn)。
7.5.2 7.5.2 7.5.2 路面深度圖像拼接 路面深度圖像拼接 路面深度圖像拼接
為了實(shí)現(xiàn)多幅深度數(shù)據(jù)的拼接，采用在重疊范圍內(nèi)安置拼接板的方法計(jì)算拼接矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)。
1）拼接板的設(shè)計(jì)
拼接板應(yīng)為長(zhǎng)條狀，拼接板應(yīng)以大范圍平面為主，板內(nèi)設(shè)計(jì)具有明顯的起伏特征，起伏地區(qū)的坡度方向應(yīng)呈多變特征。拼接板樣例如圖6所示。
圖 6 深度圖像 拼接板實(shí)物圖 拼接板實(shí)物圖 拼接板實(shí)物圖
2）深度圖像拼接流程
根據(jù)拼接板在相鄰兩幅深度圖像的位置計(jì)算路面深度圖像拼接矩陣。
a）關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)并特征提??；
b）特征匹配，確定對(duì)應(yīng)關(guān)系；
c）估計(jì)變換矩陣，完成相鄰兩幅深度圖像拼接。
3）深度圖像數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換
將拼接完成的公路路面深度圖像TIF格式轉(zhuǎn)換成三維點(diǎn)云圖像PCD格式與二維圖像JPG格式。
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7.6 圖像標(biāo)注
二維圖像標(biāo)注宜采用附錄A所示的labelimg標(biāo)注或labelme標(biāo)注。
8 自動(dòng)化識(shí)別
8.1 公路路面病害圖像目標(biāo)檢測(cè)
8.1.1 目標(biāo)檢測(cè)模型選擇
采用Faster-RCNN、YOLO、SSD等目標(biāo)檢測(cè)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)公路路面病害進(jìn)行檢測(cè)。宜采用基于
Faster-RCNN網(wǎng)絡(luò)的公路路面病害檢測(cè)模型，其網(wǎng)絡(luò)模型如圖7所示。
輸入公路路面圖像
公路路面圖像規(guī)格化處理
Faster-RCNN網(wǎng)絡(luò)卷積層
Faster-RCNN網(wǎng)絡(luò)池化層
激活函數(shù)選擇ReLU
輸出路面圖像特征圖
尺寸3×3卷積層
尺寸1×1卷積層
尺寸1×1卷積層
Resahpe層
softmax分類層
Resahpe層
路面病害目標(biāo)
預(yù)測(cè)區(qū)域
路面病害區(qū)域池化
Softmax層輸出路面病害
目標(biāo)類別
輸出路面病害目標(biāo)邊框
預(yù)測(cè)結(jié)果
特
征
提
取
生
成
候
選
區(qū)
域
j
檢
測(cè)
分
類
圖7 基于Faster-RCNN 網(wǎng)絡(luò)的公路路面病害檢測(cè)模型結(jié)構(gòu)
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8.1.2 目標(biāo)檢測(cè)Faster-RCNN 模型結(jié)構(gòu)
該網(wǎng)絡(luò)模型分為特征提取、生成候選區(qū)域、檢測(cè)分類三個(gè)部分。
8.1.3 公路路面病害圖像檢測(cè)要求
公路路面病害圖像檢測(cè)正確率大于等于95%。檢測(cè)正確率計(jì)算方法為：自動(dòng)化檢測(cè)正確的公路路面
病害數(shù)量除以公路路面實(shí)際病害總數(shù)量，用百分比（%）表示。
8.2 公路路面病害圖像自動(dòng)分割
8.2.1 分割模型選擇
采用FCN、U-Net、SegNet、Deeplabv3+等語(yǔ)義分割卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)檢測(cè)到的公路路面病害圖像進(jìn)
行分割。宜采用基于Deeplabv3+的公路路面病害圖像分割模型，其網(wǎng)絡(luò)模型主要包括編碼部分與解碼部
分，如圖8所示。
堆疊不同尺
度特征層
輸入檢測(cè)到的公路路
面病害圖像
帶有空洞卷積的
Deeplabv3+骨干網(wǎng)絡(luò)
尺寸1×1卷積層
上采樣
特征融合
尺寸1×1卷積層
調(diào)整通道數(shù)
尺寸3×3卷積層
特征提取
上采樣
尺寸1×1卷積層
尺寸3×3卷積層
Rate=6
尺寸3×3卷積層
Rate=12
尺寸3×3卷積層
Rate=18
池化層
輸出路面病害圖
像分割結(jié)果
編
碼
部
分
解
碼
部
分
圖8 基于Deeplabv3+的公路路面病害分割網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)
8.2.2 公路路面病害圖像分割流程
a）采用深度可分離卷積進(jìn)行特征提取得到公路路面病害圖像特征圖；
b）進(jìn)行全局池化，得到2048維的公路路面病害圖像特征向量；
c）經(jīng)過(guò)全連接層和邏輯回歸層輸出公路路面病害圖像分割結(jié)果。
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8.3 公路路面病害圖像自動(dòng)化分類
8.3.1 分類模型選擇
采用支持向量機(jī)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)融合網(wǎng)絡(luò)等對(duì)分割后的公路路面病害圖像進(jìn)行自動(dòng)化分
類。宜采用基于深度學(xué)習(xí)融合網(wǎng)絡(luò)的公路路面病害分類模型。
8.3.2 深度學(xué)習(xí)融合網(wǎng)絡(luò)
基于深度學(xué)習(xí)融合網(wǎng)絡(luò)的公路路面病害分類模型如圖9所示。
a）分割后的公路路面病害圖像分別采用由ResNet50、Inception V3、Xception三個(gè)網(wǎng)絡(luò)提取路面病
害圖像特征，得到三組1×N維的特征向量；
b）采用并聯(lián)融合規(guī)則，獲得一組3×N維的公路路面病害圖像特征向量；
c）深度學(xué)習(xí)融合網(wǎng)絡(luò)采用丟棄率為0.5的Dropout層；
d）深度學(xué)習(xí)融合網(wǎng)絡(luò)全連接層采用Softmax函數(shù)與輸出節(jié)點(diǎn)相連，輸出公路路面病害圖像分類結(jié)果。
分割后的公路路面病害圖像
InceptionV3網(wǎng)絡(luò)
特征提取
Xception網(wǎng)絡(luò)
特征提取
ResNet50網(wǎng)絡(luò)
特征提取
輸出1×N維
特征向量
輸出1×N維
特征向量
輸出1×N維
特征向量
采用并聯(lián)融合規(guī)則，得到3×N維特征向量
采用丟棄率為0.5的Dropout層
全連接層采用softmax函數(shù)與輸出節(jié)點(diǎn)連接
輸出公路路面病害圖像分類結(jié)果
圖9 基于深度學(xué)習(xí)融合網(wǎng)絡(luò)的公路路面病害分類模型結(jié)構(gòu)
8.4 自動(dòng)化識(shí)別要求
8.4.1 公路路面病害檢測(cè)正確率要求
公路路面病害圖像檢測(cè)正確率大于等于95%。檢測(cè)正確率計(jì)算方法為：自動(dòng)化檢測(cè)正確的公路路面
病害數(shù)量除以公路路面實(shí)際病害總數(shù)量，用百分比（%）表示。
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8.4.2 8.4.2 8.4.2 公路 路面病害 路面病害 圖像 分類要求 分類要求
公路路面病害圖像分類正確率大于等于95%。分類正確率的計(jì)算方法為：自動(dòng)化分類正確的公路路面病害數(shù)量除以公路路面實(shí)際病害總數(shù)量，用百分比（%）表示。
8.4.3 8.4.3 8.4.3 公路 路面病害 路面病害 圖像 識(shí)別正確率要求 識(shí)別正確率要求 識(shí)別正確率要求
公路路面病害圖像識(shí)別正確率大于等于90%。識(shí)別正確率的計(jì)算方法為：檢測(cè)正確率乘以分類正確率，用百分比（%）表示。
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附 錄 A
（資料性）
圖像標(biāo)注類型
A.1 標(biāo)注軟件類型
二維圖像標(biāo)注宜采用以下兩種軟件系統(tǒng)：一種是labelimg標(biāo)注，生成適用于PASCAL VOC數(shù)據(jù)集的
XML格式標(biāo)簽文件或適用于YOLO數(shù)據(jù)集的TXT格式標(biāo)簽文件，另一種是labelme標(biāo)注，生成JSON格式
的標(biāo)簽文件；
A.2 YOLO 數(shù)據(jù)集格式
YOLO數(shù)據(jù)集格式的文件夾格式為：
——Data
——train
——images
——labels
——val
——images
——labels
——test
——images
——labels
其中：
images文件夾內(nèi)存放未標(biāo)注原始公路路面圖像，分別將對(duì)應(yīng)訓(xùn)練集、驗(yàn)證集、測(cè)試集圖像放入對(duì)應(yīng)
的train、val、test文件夾內(nèi)的images文件夾內(nèi)；
labels文件夾存放TXT格式的YOLO數(shù)據(jù)集的標(biāo)簽。YOLO數(shù)據(jù)集的TXT標(biāo)簽格式僅包括標(biāo)注的基本
信息，第一列為標(biāo)簽種類信息，通常用0、1、2、3……表示類別。
A.3 PASCAL VOC 數(shù)據(jù)集格式
PASCAL VOC數(shù)據(jù)集的文件夾格式為：
——VOCdevkit
——VOC2012
——Annotations
——ImageSets
——Main
——JPEGImages
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其中：
Annotations文件夾內(nèi)存放XML格式的PASCAL VOC數(shù)據(jù)集的標(biāo)簽，標(biāo)簽文件名與圖像文件名對(duì)應(yīng)；
Annotations文件夾下XML文件中size字段包括了公路路面圖像分辨率信息；
Annotations文件夾下XML文件中object字段為標(biāo)注信息，包括標(biāo)簽名字與標(biāo)注框的位置坐標(biāo)。
Main文件夾內(nèi)存放數(shù)據(jù)集劃分信息，包含公路路面圖像文件名信息的train.txt、val.txt、test.txt等文件；
JPEGImages文件夾內(nèi)則存放未標(biāo)注的原始公路路面圖像。
