本發(fā)明涉及城市交通管理，尤其是涉及一種路面缺陷監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在快速發(fā)展的現(xiàn)代交通體系中，道路作為連接城市與鄉(xiāng)村、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)交流的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其狀況的好壞直接關(guān)系到交通的順暢與安全。然而，隨著車(chē)輛數(shù)量的激增和道路使用年限的延長(zhǎng)，路面缺陷問(wèn)題日益突出，成為制約交通效率和安全性的關(guān)鍵因素之一。裂縫、坑洞等路面缺陷不僅影響行車(chē)舒適性，還可能引發(fā)交通事故，給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)嚴(yán)重威脅。

2、傳統(tǒng)的路面缺陷監(jiān)測(cè)方法主要依賴于人工巡檢和定期檢測(cè)。人工巡檢雖然直觀，但受限于人力成本、巡檢頻率和主觀判斷等因素，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)大面積道路的高效、精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。而定期檢測(cè)則存在時(shí)間滯后性，往往無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理路面缺陷，導(dǎo)致問(wèn)題累積，加劇了對(duì)道路結(jié)構(gòu)和行車(chē)安全的損害。此外，隨著智能交通系統(tǒng)的興起，對(duì)路面狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警需求日益迫切。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)手段在數(shù)據(jù)處理、信息集成和智能分析方面存在明顯不足，難以滿足現(xiàn)代交通管理的需求。

3、數(shù)字孿生技術(shù)作為近年來(lái)興起的先進(jìn)技術(shù)，為路面缺陷監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)提供了新的思路。該技術(shù)可以集成多種傳感器和監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)路面狀況的實(shí)時(shí)、全面監(jiān)控，并能通過(guò)構(gòu)建物理世界的數(shù)字化鏡像，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體及其運(yùn)行環(huán)境的全面、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)模擬，提前發(fā)現(xiàn)潛在的路面缺陷，為道路維護(hù)提供科學(xué)的決策支持，有效降低維護(hù)成本和交通事故風(fēng)險(xiǎn)，推動(dòng)交通領(lǐng)域的智能化發(fā)展。目前已經(jīng)存在一些使用數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)路面缺陷進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法，但是這些方法都只是簡(jiǎn)單的使用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)直接對(duì)數(shù)字孿生模型進(jìn)行更新，對(duì)路面缺陷監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種路面缺陷監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種路面缺陷監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)方法，所述方法包括如下步驟：構(gòu)建目標(biāo)路面的路面數(shù)字孿生模型；采集歷史路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以構(gòu)建歷史路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集，并實(shí)時(shí)獲取路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)和路面高清圖像數(shù)據(jù)；根據(jù)所述路面數(shù)字孿生模型和所述路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集，使用雙源權(quán)重融合法獲取各個(gè)路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)的指標(biāo)權(quán)重；基于所述路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)、所述指標(biāo)權(quán)重和所述路面高清圖像數(shù)據(jù)更新所述路面數(shù)字孿生模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)路面缺陷的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；對(duì)所述路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而根據(jù)所述指標(biāo)權(quán)重和所述路面數(shù)字孿生模型預(yù)測(cè)所述目標(biāo)路面缺陷，并制定路面養(yǎng)護(hù)策略。本發(fā)明以路面數(shù)字孿生模型為基礎(chǔ)，考慮各項(xiàng)路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)對(duì)路面缺陷的影響程度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)路面缺陷實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)，進(jìn)而及時(shí)制定路面養(yǎng)護(hù)策略，保障道路的通行能力和安全性。

3、可選地，所述歷史路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括歷史路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)和歷史路面圖像數(shù)據(jù)；

4、所述采集歷史路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以構(gòu)建歷史路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集，并實(shí)時(shí)獲取路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)和路面高清圖像數(shù)據(jù)包括如下步驟：

5、采集歷史路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)所述歷史路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)而構(gòu)建歷史路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集；

6、實(shí)時(shí)獲取路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)和路面圖像數(shù)據(jù)，并進(jìn)行預(yù)處理，得到所述路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)和所述路面高清圖像數(shù)據(jù)。

7、進(jìn)一步的，基于歷史路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集獲取指標(biāo)權(quán)重，進(jìn)而在路面數(shù)字孿生模型上更新路面信息時(shí)考慮到各個(gè)路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)的重要程度，加上路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)和路面高清圖像數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確反映路面的實(shí)時(shí)狀況，使得基于路面數(shù)字孿生模型的路面缺陷監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)結(jié)果更加客觀和準(zhǔn)確。

8、可選地，所述實(shí)時(shí)獲取路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)和路面圖像數(shù)據(jù)，并進(jìn)行預(yù)處理，得到所述路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)和所述路面高清圖像數(shù)據(jù)包括如下步驟：

9、對(duì)所述路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，得到所述路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)；

10、對(duì)所述路面圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑和降噪處理，并增強(qiáng)對(duì)比度，得到所述路面高清圖像數(shù)據(jù)。

11、進(jìn)一步的，通過(guò)對(duì)路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)和路面圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理使其能夠準(zhǔn)確反映路面的實(shí)時(shí)狀況，進(jìn)而使更新的路面數(shù)字孿生模型也能夠準(zhǔn)確反映路面的實(shí)時(shí)狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)路面準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。

12、可選地，所述根據(jù)所述路面數(shù)字孿生模型和所述路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集，使用雙源權(quán)重融合法獲取各個(gè)路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)的指標(biāo)權(quán)重包括如下步驟：

13、對(duì)所述路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集中歷史路面圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像識(shí)別以獲取路面缺陷，所述路面缺陷包括裂縫和坑洞；

14、根據(jù)圖像識(shí)別的結(jié)果計(jì)算所述路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集中各組路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的路面缺陷評(píng)價(jià)因子數(shù)值；

15、基于所述路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集和所述路面缺陷評(píng)價(jià)因子數(shù)值，使用排列重要性法獲取所述路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)的第一權(quán)重；

16、根據(jù)所述路面數(shù)字孿生模型、所述路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集和所述路面缺陷評(píng)價(jià)因子數(shù)值，使用逐項(xiàng)分析法獲取所述路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)的第二權(quán)重；

17、根據(jù)所述第一權(quán)重和所述第二權(quán)重計(jì)算所述指標(biāo)權(quán)重。

18、進(jìn)一步的，第一權(quán)重是基于機(jī)器學(xué)習(xí)方法得到的，第二權(quán)重是基于統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法得到的，將二者融合得到指標(biāo)權(quán)重能夠避免使用單一方法得到的權(quán)重具有片面性的問(wèn)題，提高路面缺陷監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

19、可選地，所述根據(jù)所述路面數(shù)字孿生模型、所述路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集和所述路面缺陷評(píng)價(jià)因子數(shù)值，使用逐項(xiàng)分析法獲取所述路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)的第二權(quán)重包括如下步驟：

20、在所述路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集中隨機(jī)挑選一組路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為待調(diào)整數(shù)組，剩余的各組路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為調(diào)整數(shù)組；

21、針對(duì)某一所述路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)，依次使用所述調(diào)整數(shù)組中該路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)的數(shù)值替換所述待調(diào)整數(shù)組中該路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)的數(shù)值，得到多組已調(diào)整數(shù)組，并將該路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)記為路面監(jiān)測(cè)變動(dòng)指標(biāo)；

22、使用所述已調(diào)整數(shù)組更新所述路面數(shù)字孿生模型，識(shí)別路面缺陷并計(jì)算得到多個(gè)路面缺陷評(píng)價(jià)因子對(duì)比值，進(jìn)而結(jié)合所述路面缺陷評(píng)價(jià)因子數(shù)值計(jì)算出所述路面監(jiān)測(cè)變動(dòng)指標(biāo)的第二權(quán)重。

23、可選地，所述第二權(quán)重滿足如下關(guān)系：

24、

25、其中，為所述第二權(quán)重，n為所述調(diào)整數(shù)組的個(gè)數(shù)，為第i個(gè)所述路面缺陷評(píng)價(jià)因子對(duì)比值，為所述路面缺陷評(píng)價(jià)因子數(shù)值，為第i個(gè)所述調(diào)整數(shù)組中路面監(jiān)測(cè)變動(dòng)指標(biāo)的數(shù)值，為所述待調(diào)整數(shù)組中路面監(jiān)測(cè)變動(dòng)指標(biāo)的數(shù)值。

26、可選地，所述基于所述路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)、所述指標(biāo)權(quán)重和所述路面高清圖像數(shù)據(jù)更新所述路面數(shù)字孿生模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)路面缺陷的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)包括如下步驟：

27、根據(jù)所述路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)和所述指標(biāo)權(quán)重計(jì)算加權(quán)路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)；

28、使用所述加權(quán)路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)和所述路面高清圖像數(shù)據(jù)更新所述路面數(shù)字孿生模型，得到實(shí)時(shí)孿生路面，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述目標(biāo)路面缺陷的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

29、進(jìn)一步的，通過(guò)結(jié)合路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)和指標(biāo)權(quán)重計(jì)算加權(quán)路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)而充分考慮不同路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)對(duì)路面狀態(tài)的影響程度，并引入路面高清圖像數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的多源融合，使得路面數(shù)字孿生模型能夠更全面地反映路面的實(shí)際情況，提高了監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性和全面性。

30、可選地，所述對(duì)所述路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而根據(jù)所述指標(biāo)權(quán)重和所述路面數(shù)字孿生模型預(yù)測(cè)所述目標(biāo)路面缺陷，并制定路面養(yǎng)護(hù)策略包括如下步驟：

31、對(duì)所述路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到各項(xiàng)所述路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)在未來(lái)的指標(biāo)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)；

32、根據(jù)所述指標(biāo)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和所述指標(biāo)權(quán)重計(jì)算加權(quán)路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)；

33、使用所述加權(quán)路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)更新所述實(shí)時(shí)孿生路面，得到未來(lái)孿生路面，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述目標(biāo)路面缺陷的預(yù)測(cè)；

34、根據(jù)所述加權(quán)路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)制定當(dāng)前路面養(yǎng)護(hù)策略；

35、依據(jù)所述實(shí)時(shí)孿生路面、所述加權(quán)路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和所述未來(lái)孿生路面制定未來(lái)路面養(yǎng)護(hù)策略，并融合所述當(dāng)前路面養(yǎng)護(hù)策略得到所述路面養(yǎng)護(hù)策略。

36、進(jìn)一步的，通過(guò)對(duì)目標(biāo)路面缺陷的未來(lái)預(yù)測(cè)，進(jìn)而提前規(guī)劃路面養(yǎng)護(hù)工作，避免路面問(wèn)題惡化。而在制定路面養(yǎng)護(hù)策略時(shí)，將當(dāng)前路面養(yǎng)護(hù)策略與未來(lái)路面養(yǎng)護(hù)策略相融合能夠綜合考慮路面當(dāng)前和未來(lái)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期規(guī)劃與短期應(yīng)對(duì)的結(jié)合，制定出更加科學(xué)、合理的養(yǎng)護(hù)策略，這有助于優(yōu)化養(yǎng)護(hù)資源的配置，減少不必要的浪費(fèi)，提高養(yǎng)護(hù)工作的效率和效益。

37、可選地，所述依據(jù)所述實(shí)時(shí)孿生路面、所述加權(quán)路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和所述未來(lái)孿生路面制定未來(lái)路面養(yǎng)護(hù)策略，并融合所述當(dāng)前路面養(yǎng)護(hù)策略得到所述路面養(yǎng)護(hù)策略包括如下步驟：

38、將所述加權(quán)路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)按照從大到小的順序排列；

39、依次刪除所述加權(quán)路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)中最小的數(shù)據(jù)，并在每一次刪除之后使用剩余的加權(quán)路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)所述實(shí)時(shí)孿生路面進(jìn)行更新，得到對(duì)比孿生路面，并計(jì)算所述對(duì)比孿生路面與所述未來(lái)孿生路面的相似度；

40、當(dāng)所述相似度第一次小于相似度閾值時(shí)停止刪除所述加權(quán)路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的操作，并將上一次進(jìn)行刪除操作后剩余的所述加權(quán)路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)作為最終判決數(shù)據(jù)；

41、根據(jù)所述最終判決數(shù)據(jù)制定未來(lái)路面養(yǎng)護(hù)策略，并融合所述當(dāng)前路面養(yǎng)護(hù)策略得到所述路面養(yǎng)護(hù)策略。

42、進(jìn)一步的，通過(guò)將加權(quán)路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)按大小排序并逐一刪除最小數(shù)據(jù)，并使用剩余的加權(quán)路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)更新實(shí)時(shí)孿生路面，然后與未來(lái)孿生路面進(jìn)行相似度計(jì)算，能夠更準(zhǔn)確地識(shí)別出對(duì)路面未來(lái)狀態(tài)影響最大的路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)組合，從而融合當(dāng)前路面養(yǎng)護(hù)策略得到更具針對(duì)性的路面養(yǎng)護(hù)策略，在保證養(yǎng)護(hù)效果的同時(shí)盡量降低養(yǎng)護(hù)成本。

43、第二方面，本發(fā)明還提供了一種路面缺陷監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)使用本發(fā)明提供的一種路面缺陷監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)方法，所述系統(tǒng)包括：數(shù)字孿生模型構(gòu)建模塊，所述數(shù)字孿生模型構(gòu)建模塊用于構(gòu)建目標(biāo)路面的路面數(shù)字孿生模型；數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理模塊用于采集歷史路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以構(gòu)建歷史路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集，并實(shí)時(shí)獲取路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)和路面高清圖像數(shù)據(jù)；路面缺陷監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)模塊，所述路面缺陷監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)模塊用于根據(jù)所述路面數(shù)字孿生模型和所述路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集，使用雙源權(quán)重融合法獲取各個(gè)路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)的指標(biāo)權(quán)重；基于所述路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)、所述指標(biāo)權(quán)重和所述路面高清圖像數(shù)據(jù)更新所述路面數(shù)字孿生模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)路面缺陷的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；對(duì)所述路面監(jiān)測(cè)指標(biāo)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而根據(jù)所述指標(biāo)權(quán)重和所述路面數(shù)字孿生模型預(yù)測(cè)所述目標(biāo)路面缺陷，并制定路面養(yǎng)護(hù)策略；數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊，所述數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊用于儲(chǔ)存所述數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理模塊采集和產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，同時(shí)還能儲(chǔ)存所述路面缺陷監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)；信息可視化模塊，所述信息可視化模塊用于顯示實(shí)時(shí)的路面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和路面數(shù)字孿生信息，并能輸出所述路面養(yǎng)護(hù)策略。本系統(tǒng)是與本發(fā)明提供的方法相適配的，能夠穩(wěn)定地執(zhí)行本發(fā)明提供的方法，提升本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用能力。