CN104005324A - 一种路面构造信息的检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路面构造信息的检测系统，该系统包括：信号发射装置，信号采集装置，数据处理系统。所述的信号发射装置为多线激光发射装置，能够持续发射多条一字线型激光信号。所述的信号采集装置包括激光信息采集系统，距离信息采集器，仪器相位采集器。所述的数据处理系统将激光信息、距离信息、仪器相位信息进行分析处理得出路面构造信息。本发明的路面构造信息检测系统可以高速、高精、高可靠性的检测路面构造。

Description

一种路面构造信息的检测系统

技术领域

本发明涉及公路工程技术领域，更具体涉及一种路面构造信息的检测系统。

背景技术

路面平整度是路面施工验收中的一个重要指标。平整度直接反映了车辆行驶的舒适度及路面的安全性和使用期限。路面平整度的检测能为路面的维修、养护及翻修等提供重要的信息。另一方面，路面平整度的检测能准确地为路面施工提供一个质量评定的客观指标。

在20世纪70、80年代，平整度测量设备主要是水平仪、三米直尺等，测试精度低、速度慢，一般只能抽样调查；到90年代初，检测手段有一定的提高，如连续式平整度仪，但仍仅能检测路面平整度，不能同时检测车辙等横向构造指标，且存在可重复性差、测试速度慢的缺点。

在当今的路面平整度测量中，主要的平整度指标为国际平整度指标IRI(International Roughness Index)。国际平整度指标IRI是被广泛采用的路面平整度指标。国际平整度指标IRI的优点是具有很强的时间稳定性和空间稳定性，这使得不同时间和地点检测的国际平整度指标IRI值可进行直接比较。

国际平整度指标IRI的计算是基于四分之一车辆仿真模型。四分之一车辆仿真模型用于模拟车辆机械系统在路面纵断面曲线输入的激励下的动态响应。通过四分之一车辆仿真模型计算模型车车辆悬挂系统的单向位移量，将各次计算的单向位移值累加(单位为m)并与路段长度相除(单位为km)，即可以得到国际平整度指标IRI，其单位为m/km。

路面平整度的传统测量方法主要分为两大类：第一类为纵断面测定(直接式检测)，即测出路面纵断面剖面曲线，然后对测出的纵断面曲线进行数学分析得出平整度指标。第二类为车辆对路面的反应测定(响应式检测)，即测出车辆对路面纵断面变化的力学响应，然后对测出的力学响应进行数学分析得出平整度指标。

通常，第一类检测方法可用于路面施工质量验收与评价，而第二类检测方法主要用于路面周期性评价。但第二类检测仪器常要借助于第一类检测仪器进行指标检定。对直接式检测类平整度检测仪而言，主要的平整度指标就是国际平整度指标IRI。

几乎所有的自动化路面断面曲线检测系统(直接式检测类)都包含国际平整度指标IRI的计算软件包。因此只要获得路面纵断面剖面曲线，就能较易获得国际平整度指标IRI。

而响应式检测类的检测对象主要包括检测车辆的动态垂直加速度和垂直位移。当平整度检测仪检测的对象是车辆的动态垂直加速度时，此类平整度检测仪可归为电子响应式检测类；当平整度检测仪检测的对象是车辆的动态垂直向累积位移量时，此类平整度检测仪可归为机械响应式检测类。

对电子响应式检测类仪器而言，由于其检测的对象是车辆的动态垂直加速度，检测原理相对简单，其平整度指标为各采样点垂直加速度的根平方值均值，简称RMSVA(Root Mean Square of VerticalAcceleration)。一般RMSVA与国际平整度指标IRI具有很好的相关性。

而机械响应式检测类平整度仪的工作原理则是通过检测车体与后轴的相对位移单向累积数值来间接计算路面平整度。当车辆行驶时，由于路面的不平整会使后桥与车厢之间产生上下相对位移，此时检测仪的钢丝绳会带动高精度位移传感器转动，使高精度位移传感器输出一系列的脉冲信号，这些脉冲信号经过一定的预处理，每一脉冲输出成为一定的单向位移量信号，此信号再经过数据采集与处理系统的预处理得到单向位移值，此单向位移累积值在计数器上进行累积，测量时单向位移累积值每增加一厘米计数器就记录一个数。计数器记录的单向位移累积值，连同行车的距离信号一起，以一定的数据模式记录在数据文件中，供数据处理系统进一步分析得出路面平整度指标-颠簸累积值VBI。

专利号200620097180.0的专利提供了一个路面平整度测量装置，其包括一个数据采集计算机和两套由激光测距仪与加速度计构成的平整度测量单元，两套平整度测量单元分别安装在机动车左右轮迹处，数据采集计算机通过加速度采集卡连接加速度计，通过激光数据采集卡连接激光车测距仪，加速度计的敏感轴方向与激光线一致。解决了经济和高效的进行路面平整度高精度测量的问题，满足高速测试要求，克服了原有系统测量采样频率与测量速度不匹配的问题，降低了数据冗余，提高了测量的精度，并可以方便地安装到车载平台中，与其它路面测试装置集成。

传统的平整度测量设备主要是水平仪、三米直尺以及连续式平整度仪等，测试精度低、速度慢、可重复性差，一般测量速度小于5公里，费时费力，使用危险性大，特别是在高速公路上，基本无法使用。

现有的一些基于惯性补偿的平整度测量设备，由于其惯性补偿算法简单，只能满足高速条件下(一般不小于25公里/小时的运行速度)的平整度测量，而在较低速度下，由于惯性补偿的漂移，不能输出正确的测量结果。

现有对路面构造进行测定的仪器设备仅停留在断面类和反应类的测定方法，对路表面的整体3D构造没有全面地进行测定分析，存在一定的局限性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题就是提供一种可以高速、高精、高可靠性的检测路面构造信息的系统。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种路面构造信息的检测系统，该系统包括：信号发射装置，信号采集装置，数据处理系统；

所述的信号发射装置为多线激光发射装置，能够持续发射多条一字线型激光信号；

所述的信号采集装置包括激光信息采集系统，距离信息采集器，仪器相位采集器；

所述的激光信息采集系统包括多个摄像头，所述的信号采集装置和数据处理系统采用高速数据线连接，将信号采集装置采集的激光信息、距离信息、仪器相位信息发送至数据处理系统；

所述的数据处理系统将激光信息、距离信息、仪器相位信息进行分析处理得出路面构造信息，并将路面构造进行3D成型。

其中，所述的激光信息采集系统采用摄像头高速拍下激光线扫描处的线型。

其中，所述的距离信息采集器采用激光测距单元测出摄像头所处位置距离路面的垂直距离。

其中，所述的仪器相位采集器采用高精度IMU测出仪器的水平角度偏移，根据GPS定位确定的仪器所处位置的桩号，确定仪器所处位置的纵坡，确定仪器相对于水平路面的角度偏移。

其中，所述的数据处理系统根据摄像头所处位置距离路面的垂直距离和仪器相对于水平路面的角度偏移，并根据仪器所处位置的纵坡进行修正，确定路面构造信息检测系统与路面的相对位置。

本发明还提供了使用所述的路面构造信息的检测系统进行检测的方法，它包括以下步骤：

步骤1：每隔预定时间间隔测量公路表面的激光线扫描处的线型；

步骤2：同步测量仪器相对于水平路面的角度偏移；

步骤3：同步测量各摄像头所处位置距离路面的垂直距离；

步骤4：同步采用GPS的定位确定仪器所处位置的桩号，并确定仪器所处位置的纵坡；

步骤5：通过将各摄像头所处位置距离路面的垂直距离和仪器相对于水平路面的角度偏移，并根据仪器所处位置的纵坡进行修正，确定路面构造信息检测系统与路面的相对位置；

步骤6：通过数据处理系统将激光信息、距离信息、仪器相位信息进行分析处理得出路面构造信息，并将路面构造进行3D成型。

(三)有益效果

与目前已有的路面平整度检测产品相比，本发明路面构造信息检测系统在相同时间内所采集的路面构造数据信息量远远超出目前已有的路面平整度检测产品所采集的路面构造数据信息量，因此本发明路面构造信息检测系统是高速、高精、高可靠性的路面构造检测系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明路面构造信息检测系统的一个俯视工作原理图；

图2是本发明路面构造信息检测系统的一个侧视工作原理图；

图3是本发明路面构造信息检测系统的安装示意图；

图4是本发明路面构造信息检测系统的摄像头采集的激光线型图；图中：1车轮，2空气悬挂，3可调整空气悬挂，4GPS和IMU安装位置,5激光线,6激光线,7主机，8汽车。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

参见附图，本发明所述的路面构造信息检测系统首先在检测横梁上安装一字线型激光发射装置G1-G16，激光距离采集器G17、G18，摄像头C1、C2，检测横梁的一端用两个车轮1配以空气悬挂2支撑，另一端配备可调整高度空气悬挂3支撑于汽车8的后备箱内。检测横梁上的一字线型激光发射装置按等距20cm排列，纵向3m共16个激光发射装置，横向每个一字线激光发射装置在路面照出的激光线长3m，如图中5、6所示。检测横梁的中间安装GPS和高精度IMU，位置如图中4所示。所有的传感器与牵引车8内的主机7相连，同步采集路面构造信息。牵引车采用配备空气悬挂的越野车或皮卡车，具有定速巡航功能,能控制车速。

本发明所述的路面构造信息检测系统的运行包括以下步骤：

保证车辆匀速在路面上行驶，通过摄像头C1、C2获取测试路面上各条激光线型。

通过GPS和高精度IMU同步采集路面构造信息检测系统所处的桩号，路面纵坡，仪器在水平方向上的角度偏移。

通过激光距离采集器同步获取摄像头与路面之间的距离。

同步将采集的数据记录到数据处理系统，进行分析处理得出路面构造，并将路面构造进行3D成型。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种路面构造信息的检测系统，其特征在于，该系统包括：信号发射装置，信号采集装置，数据处理系统；

所述的信号发射装置为多线激光发射装置，能够持续发射多条一字线型激光信号；

所述的信号采集装置包括激光信息采集系统，距离信息采集器，仪器相位采集器；

所述的激光信息采集系统包括多个摄像头，所述的信号采集装置和数据处理系统采用高速数据线连接，将信号采集装置采集的激光信息、距离信息、仪器相位信息发送至数据处理系统；

所述的数据处理系统将激光信息、距离信息、仪器相位信息进行分析处理得出路面构造信息，并将路面构造进行3D成型。

2.根据权利要求1的路面构造信息的检测系统，其特征在于，所述的激光信息采集系统采用摄像头高速拍下激光线扫描处的线型。

3.根据权利要求1的路面构造信息的检测系统，其特征在于，所述的距离信息采集器采用激光测距单元测出摄像头所处位置距离路面的垂直距离。

4.根据权利要求1的路面构造信息的检测系统，其特征在于，所述的仪器相位采集器采用高精度IMU测出仪器的水平角度偏移，根据GPS定位确定仪器所处位置的桩号，确定仪器所处位置的纵坡，确定仪器相对于水平路面的角度偏移。

5.根据权利要求1至4任一项的路面构造信息的检测系统，其特征在于，所述的数据处理系统根据摄像头所处位置距离路面的垂直距离和仪器相对于水平路面的角度偏移，并根据仪器所处位置的纵坡进行修正，确定路面构造信息检测系统与路面的相对位置。

6.使用权利要求1至5任一项的路面构造信息检测系统进行检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：每隔预定时间间隔测量公路表面的激光线扫描处的线型；

步骤2：同步测量仪器相对于水平路面的角度偏移；

步骤3：同步测量各摄像头所处位置距离路面的垂直距离；

步骤4：同步采用GPS定位确定仪器所处位置的桩号，并确定仪器所处位置的纵坡；

步骤5：通过将各摄像头所处位置距离路面的垂直距离和仪器相对于水平路面的角度偏移，并根据仪器所处位置的纵坡进行修正，确定路面构造信息检测系统与路面的相对位置；

步骤6：通过数据处理系统将激光信息、距离信息、仪器相位信息进行分析处理得出路面构造信息，并将路面构造进行3D成型。