[发明专利]一种基于多光谱的路面水冰雪识别分类方法

权利要求书

1.一种基于多光谱的路面水冰雪识别分类方法,其特征在于:通过如下步骤实现：

步骤一、在路面检测处设置检测装置，先在路面上挖一个凹坑，凹坑内具有互不透光的第一腔室和第二腔室，第一腔室内安装有其发光面朝上的发光二极管，发光二极管具有横向间隔排列成一排的红外光二极管、红光二极管和绿光二极管，第二腔室内安装有其接收面朝上设置的光电二极管，凹坑内放置有密封第一腔室腔口和第二腔室腔口的透光板；

步骤二、将白纸在步骤一透光板上，计算白纸在特定波长下的反射强度系数β_N，再计算出出射光强度系数β_M；计算时设定红外光二极管的发射波长为λ₁、红光二极管的发射波长为λ₂和绿光二极管的发射波长为λ₃，计算出波长为λ₁下红外光的反射强度系数β_N1，在波长为λ₂下红光的反射强度系数β_N2和在波长为λ₃下绿光的反射强度系数β_N3；再计算出波长为λ₁的出射光强度系数波长为λ₂的出射光强度系数波长为λ₃的出射光强度系数其中r_N1为白纸在波长λ₁的红外光下的反射率,r_N2为白纸在波长为λ₂的红光下的反射率,r_N3为白纸在波长为λ₃的绿光下的反射率；

步骤三、根据步骤二计算出来的出射光强度系数计算出检测装置在六种路面状态下的基准反射率，计算时，通过反射率等于反射光强度系数与出射光强度系数的比值关系，得到反射率其中β_i为当前路面状态下计算的反射光强度系数，计算出在波长λ₁下得到干燥路面的基准反射率r_干燥1、积水路面的基准反射率r_积水1、结冰路面的基准反射率r_结冰1、积雪路面的基准反射率r_积雪1、污水路面的基准反射率r_污水1和沙土路面的基准反射率r_沙土1；

在波长λ₂下得到干燥路面的反射率r_干燥2、积水路面的反射率r_积水2、结冰路面的反射率r_结冰2、积雪路面的反射率r_积雪2、污水路面的反射率r_污水2和沙土路面的反射率r_沙土2；

在波长λ₃下得到干燥路面的反射率r_干燥3、积水路面的反射率r_积水3、结冰路面的反射率r_结冰3、积雪路面的反射率r_积雪3、污水路面的反射率r_污水3和沙土路面的反射率r_沙土3；

步骤四，建立不同路面状态的坐标，形成一个训练集样本；建立每一个路面状态的坐标时将步骤三计算出来的当前路面状态下三种波长的反射率和该三个反射率中两两反射率的比值分别作为一个特征值，将六个特征值记为该路面状态下的坐标，即分别建立出干燥路面所对应的基准坐标、积水路面所对应的基准坐标、结冰路面所对应的基准坐标、积雪路面所对应的基准坐标、污水路面所对应的基准坐标和沙土路面所对应的基准坐标；

步骤五，采用knn算法对测试路面状态进行分类，分类时，先计算出所测路面状态时当前的反射强度系数β_测，并利用步骤二计算出来的出射光强度系数，和反射率等于反射光强度系数与出射光强度系数的比值关系，计算出所测路面状态的反射率r_测，即分别计算出所测路面状态在波长λ₁下的反射率r_测1、在波长λ₂下的反射率r_测2和波长λ₃下的反射率r_测3，计算得到的三组反射率，将此三组反射率值数据和三组反射率中两两反射率之间的比值数据作为一个被测样本的六维坐标，并导入步骤四的训练集样本中，采用欧几里得距离的计算公式计算出被测样本与训练集样本中各坐标之间的距离，通过各距离值排列得出距离值最小的路面状况权重大，从而得出当前路面状态；

在步骤二中，先设定λ₁＝880nm，λ₂＝660nm，λ₃＝537nm，再由光电二极管分别得到波长为λ₁的红外光反射光强度P_红外，波长为λ₂的红光反射光强度P_红，波长为λ₃的绿光反射光强度P_绿，在红外光二极管、红光二极管和绿光二极管输入同样的多个具有线性比例关系的工作电流I_i(i＝1，2，…，n)，光电二极管能相应得到多个反射光强度P_i，则在波长为λ₁下能相应得到多个红外光反射光强度P_红外i(i＝1，2，…，n)，在波长为λ₂下能相应得到多个红光反射光强度P_红i(i＝1，2，…，n)，在波长为λ₃下能相应得到多个绿光反射光强度P_绿i(i＝1，2，…，n)；

再利用数理统计方法对多个工作电流与反射光强度作线性回归，得到P_i＝β·I_i+ε_i(i＝1，2，…，n)，其中线性回归直线的斜率β记为单位电流下的反射光强度系数，ε_i为在单位电流下的环境温度产生的噪声，采用最小二乘法计算回归系数β，则计算β的公式如下：

其中，

计算时将P_红外i作为上述计算公式的P_i得到白纸在波长为λ₁下的红外光反射光强度系数β_N1，将P_红i代入上述计算公式P_i中得到白纸在波长为λ₂下的红光反射光强度系数β_N2，将P_绿i代入上述计算公式P_i中得到白纸在波长为λ₃下的绿光反射光强度系数β_N3。