CN108254746B - 一种基于环卫车的道路质量动态监测装置 - Google Patents

Abstract

一种基于环卫车的道路质量动态监测装置，包括挂载在环卫车上的GPS模块、激光雷达、探地雷达、探测位置补偿装置和控制器。本发明一是通过环卫车挂载的方式，充分利用环卫车夜间作业、周期性作业的特点，克服了开展检测时受交通环境的制约和对交通带来的不利影响，节约了人力成本；二是实现了道路检测由不定期抽样性检测向短周期性连续监测的转变，通过道路内部结构的持续变化情况反映道路的质量状态，实现了道路质量的自动化监测，解决了传统需要人工分析解读探测数据而带来的工作效率低下、数据解读困难等问题；三是提供了一套自动化的探测点补偿装置和补偿方法，提高了雷达探测定位的准确度，从而提高了探测数据的精度和可用性。

Description

一种基于环卫车的道路质量动态监测装置

技术领域

本发明属于道路状态检测技术领域，涉及一种基于环卫车的道路质量动态监测装置。

背景技术

当前，对市政道路、桥梁路面等状态进行检测的方法主要有道路取芯检测方法和探地雷达、超声波、图像、面波检测等无损检测方法。道路取芯检测方法将对路面造成不可逆的损坏。无损检测方法属于对道路结构的抽样性检测，通常采用人工设点检测或车辆搭载设备进行检测，一方面施工操作复杂，检测成本高、效率低，对交通的影响比较大，且因白天道路车辆较多，带来的干扰较大，影响检测效果；另一方面由于城市道路自身结构复杂，导致数据解读困难(例如，一次探测中发现地下存在空穴，但是仅凭一次探测结果并不能得知该空穴是道路的固有设计，还是后期形成的塌陷)，不易实现道路状态的自动化检测及结果判定，且这些方法检测周期较长，难以进行道路质量发展趋势预测。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种操作简便、受交通条件制约小、检测周期短、成本低、检测精度高、检测结果可靠、自动化程度高，可对道路质量进行实时预警和长期预测的基于环卫车的道路质量动态监测装置。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于环卫车的道路质量动态监测装置，包括挂载在环卫车上的GPS模块1，用于获取环卫车米级位置信息；激光雷达2，用于获取环卫车厘米级位置信息；探地雷达3，用于对道路质量进行检测；探测位置补偿装置4，用于调节补偿因环卫车在行进过程中左右摇摆而导致的探地雷达探测位置的左右偏差；控制器5，用于接收GPS模块1和激光雷达2产生的位置信息，对探测位置补偿装置4和探地雷达3的工作状态进行控制，记录道路质量检测结果。

进一步，所述探测点补偿装置4通过支架41挂载于环卫车尾部；探测点补偿装置4内部设有用于安装探地雷达3的滑车42，滑车外侧设有滑轮421；滑轮421与设置在支架41上的导轨43配合使用，实现滑车42在导轨43上沿左右方向移动；所述探测点补偿装置4还设有用于驱动滑车42在导轨43上受控运动的驱动装置。

进一步，所述驱动装置包括沿导轨43方向设置的齿条441，以及设置在滑车42上的双向驱动电机442，所述双向驱动电机442的输出端设有与齿条441配合使用的齿轮443。

进一步，所述激光雷达2的数量为3个，安装在环卫车顶部的前、中、后三个位置；或者所述激光雷达的数量为6个，2个一组并排安装在环卫车顶部的前、中、后三个位置。

进一步，所述GPS模块安装在环卫车顶部或探测点补偿装置4的支架41上。

进一步，所述控制控制器5安装在环卫车驾驶室中或探测点补偿装置4的支架41上。

进一步，所述控制器5的控制过程如下：环卫车行进过程中，控制器5接收GPS模块1产生的米级位置信息；环卫车接近预设检测点位置时，控制器5接收激光雷达2产生的厘米级位置信息，判定环卫车在车道中的左右位置偏差；控制器5根据环卫车在车道中的左右位置偏差，控制探测点补偿装置4的双向驱动电机442动作，驱动滑车42在导轨上左右移动，实现探地雷达3左右位置的调节补偿，确保探地雷达3的前进方向正对预设的检测点位置；环卫车到达预设检测点位置时，控制探地雷达3对检测点进行检测，接收并记录探地雷达3产生的检测结果。

本发明一种基于环卫车的道路质量动态监测装置，一是通过环卫车挂载的方式，充分利用环卫车夜间作业、周期性作业的特点，克服了开展检测时受交通环境的制约和对交通带来的不利影响，节约了人力成本；二是实现了道路检测由不定期抽样性检测向周期性连续监测的转变，通过道路内部结构的持续变化情况反映道路的质量状态，实现了道路质量的自动化监测和长期预判，解决了传统需要人工分析解读探测数据而带来的工作效率低下、数据解读困难等问题；三是提供了一套自动化的探测点补偿装置和补偿方法，提高了雷达探测定位的准确度，从而提高了探测数据的精度和可用性。

附图说明

图1是实施例1一种基于环卫车的道路质量动态监测装置的整体结构示意图示意图；

图2是实施例1一种基于环卫车的道路质量动态监测装置的探测点补偿装置的整体结构示意图；

图3是实施例1一种基于环卫车的道路质量动态监测装置的探测点补偿装置的另一种整体结构示意图；

图4是实施例2一种基于环卫车的道路质量动态监测方法的整体流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图1至4，进一步说明本发明一种基于环卫车的道路质量动态监测装置的具体实施方式。本发明一种基于环卫车的道路质量动态监测装置不限于以下实施例的描述。

实施例1：

如图1所示，是本实施例一种基于环卫车的道路质量动态监测装置挂载于环卫车尾部的整体结构示意图，具体包括挂载在环卫车上的GPS模块1，用于获取环卫车米级位置信息；激光雷达2，用于获取环卫车厘米级位置信息；探地雷达3，用于对道路质量进行检测；探测位置补偿装置4，用于调节补偿因环卫车在行进过程中左右摇摆而导致的探地雷达探测位置的左右偏差；控制器5，与GPS模块1、激光雷达2、探地雷达3和探测位置补偿装置4电连接，用于接收GPS模块1和激光雷达2产生的位置信息，对探测位置补偿装置4和探地雷达3的工作状态进行控制，记录道路质量检测结果。控制器5同时还具有接收用户初始化指令、通过本地或远程的方式导出检测结果记录、实时/远程预警等功能。

利用车载激光雷达对环卫车进行厘米级定位的具体方法可采用现有技术实现，例如：伍舜喜.基于激光雷达的智能车定位技术研究[D].上海交通大学，2008；以及吕昊，王兰.激光雷达在运动目标定位中的应用[J].激光杂志，2016，37(9)：72-75等。作为一种可选的实施方式，所述激光雷达2的数量为3个，安装在环卫车顶部的前、中、后三个位置；或者所述激光雷达2的数量为6个，2个一组并排安装在环卫车顶部的前、中、后三个位置。所述GPS模块可以与激光雷达一并安装在环卫车顶部，已获得较佳的信号接收效果，也可以与控制器5一并安装在探测点补偿装置4的支架41上以减少安装时的走线。所述控制控制器5可以设置于在环卫车驾驶室中以便于操作，或设置在探测点补偿装置4的支架41上，以减少安装时的走线。

如图2和图3所示，是所述探测点补偿装置4的整体结构示意图。探测点补偿装置4整体为矩形结构，内部设有用于安装探地雷达3或探地雷达3天线的矩形盒子状的滑车42(图2中未画出滑车42的顶盖)，滑车外侧的前后两侧各设有两个滑轮421。支架41上设有水平设置且相互平行的两条导轨43，滑轮421与导轨43配合使用，实现滑车42在导轨43上沿左右方向移动(即垂直于环卫车前进方向的左右横向移动)。

为驱动驱动滑车42在导轨43上受控运动，所述探测点补偿装置4还设有驱动装置，所述驱动装置包括沿导轨43方向设置的齿条441，所述齿条可直接设置在一条导轨43上。同时，滑车42上设置有双向驱动电机442，所述双向驱动电机442的输出端穿出滑车42向下延伸至齿条441前方，输出端设有齿轮443与齿条441配合使用。通电机旋转时，输出轴带动齿轮443旋转，齿轮443与齿条441啮合，便可驱动滑车42左右横向移动。

所述控制器5的控制过程如下：

环卫车行进过程中，控制器5接收GPS模块1产生的米级位置信息，用以判断环卫车是否接近预设检测点；

环卫车接近预设检测点位置时，控制器5接收激光雷达2产生的厘米级位置信息，计算获得环卫车的精确位置，并据此判断环卫车在车道中相对于预设检测点的左右位置偏差；

控制器5根据环卫车在车道中的左右位置偏差，控制探测点补偿装置4的双向驱动电机442动作，驱动滑车42在导轨上左右移动，实现探地雷达3左右位置的调节补偿，确保探地雷达3的前进方向正对预设的检测点位置；

环卫车到达预设检测点位置时，控制器5控制探地雷达3对检测点进行检测，接收并记录探地雷达3产生的检测结果；并对该检测点的道路质量情况进行进行判断和预警。

实施例2：

本实施例给出采用实施例1所述装置进行的一种基于环卫车的道路质量动态监测方法。

如图4所示，是一种基于环卫车的道路质量动态监测方法的整体流程示意图，包括以下步骤：

1、建立目标道路的道路模型，并进行初始化。所述道路模型至少包括检测路线、检测路线上预设检测点的GPS位置信息，以及各检测点的激光定位基准值、各检测点的道路质量状态值。

初始化道路模型的方法为：手工设定检测路线和检测点位置，将第一次对目标道路各检测点进行检测的激光雷达定位数据作为模型的激光雷达定位基准值，将检测结果作为每个检测点位置的道路质量状态的初始值。实际操作中，可以先通过图上作业，初步设定检测路线轨迹和检测密度(例如每2米设置一个检测点)；然后进行第一次道路检测时，保持环卫车匀速行驶(假设为0.5米/秒)，那么每4秒中记录一个检测点信息(包括GPS位置信息、激光雷达定位基准值、道路质量检测结果即探地雷达的检测值)作为初始值，。

2、利用挂载在环卫车上的道路质量动态监测装置，对目标道路进行道路质量检测。具体的，所述步骤(2)中对目标道路进行道路质量检测的步骤包括：

(2.1)环卫车行进过程中，通过GPS模块进行初步定位，判断是否接近预设检测点；通过GPS模块初步定位，可以实现环卫车的米级定位精度；

(2.2)环卫车接近预设检测点位置时，通过激光雷达定位数据与激光雷达定位基准值进行比较计算以获得精准位置信息，该位置信息的精度可以达到厘米级；通过该位置信息及结合数据分析判定环卫车在车道中的左右位置偏差，通过探测点补偿装置对探地雷达进行左右位置补偿；本步骤的目的在于，确保探地雷达针对一个检测点在多次检测时的前后、左右位置尽量一致，从而实现该检测点的持续数据采集，为该检测点的道路质量判定提供依据；

(2.3)环卫车到达预设检测点时，通过探地雷达进行道路质量检测；

(2.4)记录检测结果；

(2.5)将检测获得的该检测点的道路质量检测结果与道路模型中该检测点的道路质量状态值进行比较，若超出阈值，则判定该处道路质量发生突变；例如，某检测点的雷达检测数据显示地面下方突然出现空穴，而模型中该检测点记录为正常硬质地面，则说明在两次检测期间，该处地面下方出现剧烈地质变化。本步骤采用检测数据与存储的监测数据比较的方法，对该检测点的道路质量是否发生突变进行自动化判断，克服了传统抽样检测方法中需要人工对探测数据进行解读的弊端；

(2.6)对道路质量发生突变的检测点进行预警；该预警可以采用本地实时预警方式，也可以采用远程向道路质量监测中心进行预警的方式。

3、根据检测结果对道路质量变化预警，具体方法为：将检测获得的该检测点的道路质量检测结果与道路模型中该检测点最近十次检测的道路质量状态值进行比较，若均未超出阈值，则认为该检测点道路质量在接受范围内；若某次检测超出阈值，对该检测结果进行报警，通过工作人员结合其他工程及环境信息综合分析进行道路塌陷预警。本步骤的目的在于，消除道路质量检测结果因环境噪声、季节、天气、温度等因素干扰带入的变化或误差。

4、结合环卫车工作的周期，重复步骤(2)至步骤(3)，实现对道路质量的长期监测和各检测点道路质量的长期数据采集。

5、针对连续时间段的道路质量检测数据，绘制检测点的道路质量变化曲线，预判道路质量发展趋势。本步骤可在后台周期性开展，通过人工或自动化的手段完成。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于环卫车的道路质量动态监测装置，其特征在于：包括挂载在环卫车上的

GPS模块，用于获取环卫车米级位置信息；

激光雷达，用于获取环卫车厘米级位置信息；

探地雷达，用于对道路质量进行检测；

探测位置补偿装置，用于调节补偿因环卫车在行进过程中左右摇摆而导致的探地雷达探测位置的左右偏差；

控制器，用于接收GPS模块和激光雷达产生的位置信息，对探测位置补偿装置和探地雷达的工作状态进行控制，记录道路质量检测结果；

所述控制器的控制过程如下：

环卫车行进过程中，控制器接收GPS模块产生的米级位置信息；

环卫车接近预设检测点位置时，控制器接收激光雷达产生的厘米级位置信息，判定环卫车在车道中的左右位置偏差；控制器根据环卫车在车道中的左右位置偏差，控制探测位置补偿装置动作，实现探地雷达左右位置的调节补偿，确保探地雷达的前进方向正对预设的检测点位置；

环卫车到达预设检测点位置时，控制探地雷达对检测点进行检测，接收并记录探地雷达产生的检测结果。

2.根据权利要求1所述的基于环卫车的道路质量动态监测装置，其特征在于：所述探测点补偿装置通过支架挂载于环卫车尾部；探测点补偿装置内部设有用于安装探地雷达的滑车，滑车外侧设有滑轮；滑轮与设置在支架上的导轨配合使用，实现滑车在导轨上沿左右方向移动；所述探测点补偿装置还设有用于驱动滑车在导轨上受控运动的驱动装置。

3.根据权利要求2所述的基于环卫车的道路质量动态监测装置，其特征在于：所述驱动装置包括沿导轨方向设置的齿条，以及设置在滑车上的双向驱动电机，所述双向驱动电机的输出端设有与齿条配合使用的齿轮。

4.根据权利要求3所述的基于环卫车的道路质量动态监测装置，其特征在于：所述激光雷达的数量为3个，安装在环卫车顶部的前、中、后三个位置；或者所述激光雷达的数量为6个，2个一组并排安装在环卫车顶部的前、中、后三个位置。

5.根据权利要求4所述的基于环卫车的道路质量动态监测装置，其特征在于：所述GPS模块安装在环卫车顶部或探测点补偿装置的支架上。

6.根据权利要求5所述的基于环卫车的道路质量动态监测装置，其特征在于：所述控制控制器安装在环卫车驾驶室中或探测点补偿装置的支架上。