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前 言
随着我国高速公路总里程的日益增加，公路养护量越来越大，但目前国内对高速公路以及高等级公路的路面破损检测主要还是通过人工检测来进行，效率低下，很难做到周期性及时性，同时检测人员的安全也无法得到保证。
路面表面破损自动采集分析系统是将计算机信息技术、数字图像采集存储技术、高频闪光灯技术、距离定位技术结合为一体的路面破损检测设备，能够替代传统的人工目测方式对路面表面破损状况进行快速、高效的检测。
系统构成
路面表面破损自动采集分析系统由车载路表破损自动采集系统(路面摄像系统)和室内路表破损分析评价系统(路面状况智能识别系统)两部分组成。
路表破损自动采集系统
系统结构见图1。
路表破损自动采集系统由高分辨率路面摄像机(1296×1024)、高频闪光灯、路况摄像机、距离测定仪、大容量储存设备、车载计算机等组成，能以不低于72km/h的车速对所要检测的路面进行全覆盖采集。系统实现了高频闪光灯与摄像机的同步问题，完全满足光线不足时路面拍摄的需要，系统还很好的解决了采集速度与车速的匹配问题，不会出现由于车速的变化而引起大量重复或遗漏采集的现象。该采集装置于2003年10月8日获得由国家知识产权局颁发的实用新型专利证书，专利号为ZL02264720.1。
路表破损分析评价系统
路表破损分析评价系统包括自动识别模块、人工识别模块、分析评价模块组成。可以通过自动识别模块对采集的路面图像进行连续识别，判别出不存在破损的图像并将其剔除，然后通过人工识别模块对存在破损的图像进行人工识别，最后分析评价模块对评价结果进行分类统计，得到检测路段的详细破损信息及相应技术指标(如破损率DR及评价指数PCI)。路表破损图像分析评价系统能从图像中分辨出横裂、纵裂、龟裂、坑槽、松散、修补损坏等破损类型，对单条裂缝的最小识别尺寸为2mm。路面破损自动识别的虚警率为4％，漏检率为4％。
系统工作流程
路表破损分析评价系统使用流程图
技术难点
照明系统
因为高分辨率摄像机的感光度比较低，一般高速公路的路面反射率也较低，而在高速行驶情况下进行拍摄又要求摄像机具有很快的快门速度。在低感光度、低反射率、高快门速度的条件下要想得到高质量的图像，对外界光线就提出了非常严格的要求。用于摄影的闪光灯基本上用的是脉冲闪光灯，是通过一个充电电容器使其放电来获得极短时间内的大能量，可以产生连续光源不能获得的极强的瞬时功率。从而获得极强的瞬时光输出，其光强可以满足路面图像采集的要求，使用高频闪光灯最难解决的问题是解决摄像机与闪光灯的同步问题，因为闪光灯的每点亮一次的时间很短，而摄像机高速采集的快门速度工作在微秒级，如何确保摄像机与闪光灯之间的同步是系统关键所在。
本系统研制设计了精确的时间同步电路卡，通过精确调整摄像机触发信号和闪光灯触发信号的时间关系(脉冲宽度、相互间的时间延时等，可精确到us级)，使闪光灯和摄像机之间建立了很好的同步关系。
采集频率
本项目中采用的是用行驶距离来控制图像采集，采用自主开发的精确距离定位仪，可以根据车速实时对采集频率进行调整，不会因为车速的变化而造成大量地重复或遗漏采集。距离信号的采集由脉冲采集卡本身的CPU来完成，只是在采集间隔到达时才跟采集系统通讯，对系统资源占用很低，准确度很高，但对检测速度的要求很低。
图像的自动识别
通过对大量病害图像数据的分析对各类破损的特征进行分析和总结，设计识别算法对图像进行预处理以及病害目标的提取和识别，判别出不存在破损的图像并将其剔除，大大减轻人工操作量。
系统创新之处
(1)本系统开发了精确的距离测定装置来采集距离信号，可通过用户设定的采集距离间隔来控制路面图像和路况图像的采集，图像的采集频率只与行驶的距离相关，会根据车速的变化自动调节，有效的避免了目前国内外同类系统按照时间间隔来采集图像，因车速变化而导致的大量重复采集和遗漏采集的现象。
(2)本系统开发了精确的同步装置，通过微秒级的信号调节电路来调节闪光灯触发信号和路面摄像机触发信号的关系，实现了高频闪光灯与路面摄像机的准确同步。
(3)系统采用了高效的压缩方式进行了图像的采集压缩存储，可以在几种可选的压缩比例(4:1，10:1，20:1)的压缩比例下得到高质量的JPEG格式的路面图像，大大提高了系统性能。
(4)高分辨率路面图像(1296×1024)的采集和路况图像的采集以及距离的定位在同一个系统中完成，路面图像、路况图像与所在位置存在一一对应关系，用户可方便地了解特定位置的路况信息。
(5)分析评价系统能灵活地以多种方式(按指定间隔分段评价、按子路段分段评价、全部范围、指定范围、指定子路段)得到所需要的评价指标(破损率DR和评价指数PCI)及详细破损信息表，给用户的使用带来了极大的方便。
(6)本系统成功的解决了沥青、水泥等各种路面图像采集及处理，并获得了国家实用新型专利。
应用
应用本系统完成了对省内多条路段的路面破损检测及定量分析，检测总里程近万公里，主要包括以下路段：
京沪高速公路
广靖高速公路
苏嘉杭高速公路
南京机场高速公路
宁合高速公路
南京绕城公路
连徐高速公路
312国道(水泥路面)
随着我国高速公路总里程的日益增加，公路养护量越来越大，但目前国内对高速公路以及高等级公路的路面破损检测主要还是通过人工检测来进行，效率低下，很难做到周期性及时性，同时检测人员的安全也无法得到保证。
路面表面破损自动采集分析系统是将计算机信息技术、数字图像采集存储技术、高频闪光灯技术、距离定位技术结合为一体的路面破损检测设备，能够替代传统的人工目测方式对路面表面破损状况进行快速、高效的检测。
系统构成
路面表面破损自动采集分析系统由车载路表破损自动采集系统(路面摄像系统)和室内路表破损分析评价系统(路面状况智能识别系统)两部分组成。
路表破损自动采集系统
系统结构见图1。
路表破损自动采集系统由高分辨率路面摄像机(1296×1024)、高频闪光灯、路况摄像机、距离测定仪、大容量储存设备、车载计算机等组成，能以不低于72km/h的车速对所要检测的路面进行全覆盖采集。系统实现了高频闪光灯与摄像机的同步问题，完全满足光线不足时路面拍摄的需要，系统还很好的解决了采集速度与车速的匹配问题，不会出现由于车速的变化而引起大量重复或遗漏采集的现象。该采集装置于2003年10月8日获得由国家知识产权局颁发的实用新型专利证书，专利号为ZL02264720.1。
路表破损分析评价系统
路表破损分析评价系统包括自动识别模块、人工识别模块、分析评价模块组成。可以通过自动识别模块对采集的路面图像进行连续识别，判别出不存在破损的图像并将其剔除，然后通过人工识别模块对存在破损的图像进行人工识别，最后分析评价模块对评价结果进行分类统计，得到检测路段的详细破损信息及相应技术指标(如破损率DR及评价指数PCI)。路表破损图像分析评价系统能从图像中分辨出横裂、纵裂、龟裂、坑槽、松散、修补损坏等破损类型，对单条裂缝的最小识别尺寸为2mm。路面破损自动识别的虚警率为4％，漏检率为4％。
系统工作流程
路表破损分析评价系统使用流程图
技术难点
照明系统
因为高分辨率摄像机的感光度比较低，一般高速公路的路面反射率也较低，而在高速行驶情况下进行拍摄又要求摄像机具有很快的快门速度。在低感光度、低反射率、高快门速度的条件下要想得到高质量的图像，对外界光线就提出了非常严格的要求。用于摄影的闪光灯基本上用的是脉冲闪光灯，是通过一个充电电容器使其放电来获得极短时间内的大能量，可以产生连续光源不能获得的极强的瞬时功率。从而获得极强的瞬时光输出，其光强可以满足路面图像采集的要求，使用高频闪光灯最难解决的问题是解决摄像机与闪光灯的同步问题，因为闪光灯的每点亮一次的时间很短，而摄像机高速采集的快门速度工作在微秒级，如何确保摄像机与闪光灯之间的同步是系统关键所在。
本系统研制设计了精确的时间同步电路卡，通过精确调整摄像机触发信号和闪光灯触发信号的时间关系(脉冲宽度、相互间的时间延时等，可精确到us级)，使闪光灯和摄像机之间建立了很好的同步关系。
采集频率
本项目中采用的是用行驶距离来控制图像采集，采用自主开发的精确距离定位仪，可以根据车速实时对采集频率进行调整，不会因为车速的变化而造成大量地重复或遗漏采集。距离信号的采集由脉冲采集卡本身的CPU来完成，只是在采集间隔到达时才跟采集系统通讯，对系统资源占用很低，准确度很高，但对检测速度的要求很低。
图像的自动识别
通过对大量病害图像数据的分析对各类破损的特征进行分析和总结，设计识别算法对图像进行预处理以及病害目标的提取和识别，判别出不存在破损的图像并将其剔除，大大减轻人工操作量。
系统创新之处
(1)本系统开发了精确的距离测定装置来采集距离信号，可通过用户设定的采集距离间隔来控制路面图像和路况图像的采集，图像的采集频率只与行驶的距离相关，会根据车速的变化自动调节，有效的避免了目前国内外同类系统按照时间间隔来采集图像，因车速变化而导致的大量重复采集和遗漏采集的现象。
(2)本系统开发了精确的同步装置，通过微秒级的信号调节电路来调节闪光灯触发信号和路面摄像机触发信号的关系，实现了高频闪光灯与路面摄像机的准确同步。
(3)系统采用了高效的压缩方式进行了图像的采集压缩存储，可以在几种可选的压缩比例(4:1，10:1，20:1)的压缩比例下得到高质量的JPEG格式的路面图像，大大提高了系统性能。
(4)高分辨率路面图像(1296×1024)的采集和路况图像的采集以及距离的定位在同一个系统中完成，路面图像、路况图像与所在位置存在一一对应关系，用户可方便地了解特定位置的路况信息。
(5)分析评价系统能灵活地以多种方式(按指定间隔分段评价、按子路段分段评价、全部范围、指定范围、指定子路段)得到所需要的评价指标(破损率DR和评价指数PCI)及详细破损信息表，给用户的使用带来了极大的方便。
(6)本系统成功的解决了沥青、水泥等各种路面图像采集及处理，并获得了国家实用新型专利。
应用
应用本系统完成了对省内多条路段的路面破损检测及定量分析，检测总里程近万公里，主要包括以下路段：
京沪高速公路
广靖高速公路
苏嘉杭高速公路
南京机场高速公路
宁合高速公路
南京绕城公路
连徐高速公路
312国道(水泥路面)