عنوان مالکیت فکری: دستگاه خودکار ارزیابی خرابی شیارشدگی روسازی‌های آسفالتی با استفاده از دوربین و لیزر

خلاصه اختراع

اين سامانه خودكار با استفاده از يك دوربين و يك ليزر خطي نصب شده به عقب يك خودروي سواري، توانايي عكسبرداري/فليمبرداري/تايم لپس از سطح روسازي و در نتيجه تشخيص و اندازه گيري خرابي شيارشدگي را داراست. بدين ترتيب با هزينه اي بسيار پايين تر از ليزر اسكنرهاي تجاري مورد استفاده براي اين منظور و بدون ايجاد اختلال در عبور و مرور با دقت مطلوبي، داده هاي مورد نياز برداشت مي شوند. درصورت اتصال دوربين از طريق اينترنت اشيا/ بلوتوث/محلي به سرور اصلي، داده ها، بر روي رايانه ذخيره و با استفاده از تكنيك هاي پردازش تصوير، بينايي ماشين، داده كاوي و هوش مصنوعي، مورد پردازش قرار مي گيرد. استفاده از سامانه موقعيت يابي جهاني بر روي اين سامانه، موقعيت مكاني مشخص هر خرابي برداشت شده و حتي نشان دادن آن بر روي نقشه راه امكان پذير خواهد بود. همچنين با استفاده از تكنيك هاي پردازش تصوير مي توان تفاوت بين خرابي شيارشدگي سازه اي و غير سازه اي را نيز متمايز نمود. كه طبيعتا امري مهم براي مديران و مسولان ذي ربط جهت تصميم گيري هاي نگهداري و تعمير روسازي راه خواهد بود.

حوزه کاربرد (زمینه فنی)

سامانه مدیریت و نگهداری روسازی راه ها ابزاری جهت تصمیم گیری مدیران وکارشناسان برای اجرای بهینه نگهداری و تعمیر روسازی راه ها و کاهش هزینه های مربوط به نگهداری و تعمیرات آن ها می باشد. این سامانه جزئی از سامانه مدیریت و نگهداری یکپارچه زیرساخت های حمل ونقل می باشد.

مشکل فنی موجود و هدف از این اختراع:

تمامی بررسی‌های صورت گرفته، نشان‌دهنده انواع روش‌های برداشت شیارشدگی بوده است که اکثراً از لیزر اسکنرها بهره برده‌اند. از جمله معایب، نقایص و مشکلات این روش‌ها می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود:
این لیزر اسکنرها دارای دقت‌های بالایی هستند، اما بابت خرید، نگهداری و کالیبراسیون دوره‌ای آن‌ها هزینه‌های هنگفتی پرداخت می‌شود. با مروری بر مطالعات پیشین می‌توان به استفاده از انواع دوربین‌ها نیز برای برداشت خرابی‌های سطح روسازی اشاره نمود. از طرفی دوربین‌های دوبعدی تنها قادر به برداشت تصاویر دوبعدی هستند و خرابی شیارشدگی دارای بعد سوم عمق می باشد. در واقع می توان گفت، عمق این خرابی از اصلی‌ترین ویژگی‌های آن به شمار می آید. بنابراین خرابی شیارشدگی را نمی‌توان به تنهایی با دوربین‌های دوبعدی برداشت نمود. بنابراین در روش حاضر به دنبال توسعه روشی با قابلیت هزینه‌ای به مراتب کم‌تر (استفاده از یک لیزر خطی ارزان‌قیمت و دوربین عکس‌برداری/فیلم‌برداری و یک سامانه موقعیت یاب جهانی) و به‌کارگیری انواع روش‌های پردازش ویدئو/عکس و فرآیندهای یادگیری ماشین، بینایی ماشین و هوش مصنوعی جهت یافتن خرابی شیار شدگی و تشخیص نوع آن هستیم.

ارایه راه حل برای مشکل فنی موجود همراه با شرح دقیق و کافی و یکپارچه اختراع

تحقیقات بررسی شده تاکنون که در بالا اشاره شد، نشان دهنده انواع روش های برداشت شیارشدگی بوده است که اکثرا از لیزر اسکنرها بهره برده اند. همچنین در مطالعات می توان به استفاده از انواع دوربین ها نیز برای برداشت خرابی های سطح روسازی استفاده نمود. اما به طور کلی می توان گفت تاکنون مطالعات جامعی در راستای استفاده از ابزارهای ارزان قیمت در حوزه برداشت خرابی شیارشدگی صورت نگرفته است. استفاده از یک لیزر خطی و دوربین ارزان قیمت می تواند راهکار مناسبی برای برداشت مقرون به صرفه و با دقت مطلوب خرابی شیارشدگی باشد. همچنین ساخت ابزاری جهت تشخیص دو نوع خرابی شیارشدگی و تمیز این دو از یکدیگر نیز می‌تواند از دیگر موارد مهم مورد بررسی باشد. دستگاه معرفی شده شامل عناصر زیر می‌باشد:
1. نرم‌افزار پردازش ویدئو/عکس و مدیریت و یکپارچه‌سازی فعالیت‌ها (تحت وب/محلی/ نرم‌افزار/ موبایل)
2. دوربین فیلم‌برداری/ عکس‌برداری (یا یک دوربین فیلم‌برداری تلفن همراه یا تبلت)
3. پایه استقرار دوربین / موبایل / تبلت/ لیزر
4. لیزر خطی پسیو برای تشکیل الگوی خطی
5. سامانه موقعیت یاب جهانی
روش کارکرد کلی دستگاه به شرح زیر است:
1. دستگاه شامل یک دوربین فیلم‌برداری/ عکس‌برداری است که با زاویه متغیر نسبت به سطح افق (حالت بهینه 45 درجه) و یک لیزر خطی مه شکن با زاویه متغیر نسبت به سطح افق (حالت بهینه 90 درجه) است.
2. خط لیزر به‌طور ممتد و پیوسته در حال تابیده شدن است و دوربین موردنظر نیز به‌طور ممتد در حال عکس‌برداری یا فیلم برداری از خط لیزر و اطراف آن است.
3. فاصله دوربین و لیزر از هم، فاصله لیزر از سطح زمین و همچنین فاصله دوربین از سطح زمین منعطف و قابل‌تغییر در نظر گرفته می‌شود که توانایی عملیاتی و کار در شرایط مختلف را می‌دهد (حالت بهینه هر کدام از این فواصل 1 متر)
4. با توجه به اینکه لیزر یک خط صاف تولید و منتشر می‌کند. در صورتی که روی هر خرابی دارای عمق نشانه رود؛ دچار تغییر شکل می‌شود، یعنی دیگر یک خط صاف نبوده و دارای شکستگی‌های خاص می‌شود.
5. از آنجایی که هر خرابی طبق تعاریف کتاب‌های مرجع دارای ویژگی‌های خاص خود است. با استفاده از انواع روش‌های پردازش ویدئو/عکس و فرآیندهای یادگیری ماشین، بینایی ماشین و هوش مصنوعی، خرابی موردنظر که خرابی شیار شدگی است تشخیص و اندازه‌گیری می‌شود.
6. همچنین با توجه به این امر که این خرابی خاص دارای دو نوع سازه‌ای و غیر سازه‌ای است که از نظر شکل ظاهری نیز با هم متفاوت هستند. با استفاده از انواع روش‌های پردازش ویدئو/عکس و فرآیندهای یادگیری ماشین، بینایی ماشین و هوش مصنوعی، می‌توان این دو نوع را نیز از هم تمییز داد.
7. از آن جایی که داده های فیلم و عکس داده های حجیمی هستند، در صورت استفاده از یک حسگر ساده دیگر( مانند شتاب سنج یا آلتراسونیک ساده) در جلوی خودرو و ارتباط آن با دوربین از طریق اینترنت اشیا/بلوتوث/ارتباط محلی می توان حجم داده برداری را تا حد زیادی کاهش داد. بدین صورت که آن حسگر ساده در صورت تشخیص تغییری در وضعیت روسازی، پیامی را به دوربین ارسال نموده تا دوربین شروع به عکس برداری یا فیلم برداری نماید. بدین ترتیب از مسیرهایی که خرابی وجود ندارد، عکس برداری صورت نمی گیرد و حجم داده های برداشت شده تا حد خیلی خوبی کاهش می یابد.