CN110514250A - 一种基于多传感器融合的路面结构监测系统 - Google Patents

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毛幸全
李文云
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Abstract

本发明提供了一种基于多传感器融合的路面结构监测系统,包括:数据采集设备簇(10),其包括至少两种数据采集设备,用于实时采集路面状况数据;数据接收与分析设备(30),和所述数据采集设备簇(10)连接,用于接收所述路面状况数据并对其进行分析,得到病害状态。本发明采用多种数据采集设备实时监测路面状况,避免了人为检测的主观因素,同时能够更加准确地反映路面真实情况,实现了及时发现病害并进行处理,保障道路的行车安全。

Description

一种基于多传感器融合的路面结构监测系统
技术领域
本发明属于交通监测技术领域,具体涉及一种基于多传感器融合的路面结构监测系统。
背景技术
近年来,随着我国经济的快速发展,公路总里程数逐年增加。沥青路面在通车使用一段时间后,在车辆荷载、水因素、气候等多方面影响下,会陆续出现损坏、变形及其它缺陷,常见病害有:裂缝、坑槽、车辙、松散、沉陷、表面破损等。这些病害严重影响着道路行车安全。因此需要定期对路面进行检测,及时发现病害,维修路面,保障道路的行车安全。
目前对路面结构性能进行检测主要有两种方法:第一,人工检测,人工检测容易受技术人员技术水平的影响,个人主观因素影响较大,并且不易对道路的内部结构进行检测分析;第二,车辆检测,车辆检测避免了人工检测个人主观因素的影响,但是受道路环境影响较大,也容易对道路造成二次伤害。上述两种方法目前均无法客观、全面地反映道路在服役过程中,受自然环境、交通载荷以及诸多因素共同作用,道路结构力学响应行为的复杂变化规律。
虽然目前也有一些较为先进的路面无损检测设备,但都是定期检测,不能及时发现病害并处理。
发明内容
鉴于上述技术问题,本发明的目的在于提供一种基于多传感器融合的路面结构监测系统,采用多种数据采集设备实时监测路面状况,避免了人为检测的主观因素,同时能够更加准确地反映路面真实情况,实现了及时发现病害并进行处理,保障道路的行车安全。
为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案如下:
根据本发明的一个方面,提供了一种基于多传感器融合的路面结构监测系统,包括:
数据采集设备簇,其包括至少两种数据采集设备,用于实时采集路面状况数据;
数据接收与分析设备,和数据采集设备簇连接,用于接收路面状况数据并对其进行分析,得到病害状态。
在本发明的某些实施例中,数据采集设备簇包括埋入道路内部的实时数据采集设备和/或置于道路侧面的实时数据采集设备。
在本发明的某些实施例中,埋入道路内部的实时数据采集设备包括:温湿度传感器、应变计、弯沉仪、土压力计、保水率传感器中的一种或多种。
在本发明的某些实施例中,置于道路侧面的实时数据采集设备包括:抗滑能力监测设备、路面损坏状况监测设备、路面弯沉监测设备中的一种或多种。
在本发明的某些实施例中,数据采集设备簇为多个。
在本发明的某些实施例中,路面结构监测系统还包括:
数据存储与传输设备,和数据采集设备簇连接,用于存储路面状况数据并将其传输至数据接收与分析设备。
在本发明的某些实施例中,数据存储与传输设备包括:
存储设备,用于存储数据采集设备簇采集到的路面状况数据;
光纤传输通道,用于将存储设备中的路面状况数据传输到数据接收与分析设备。
在本发明的某些实施例中,数据接收与分析设备为一台或多台台式电脑或笔记本。
从上述技术方案可以看出,本发明基于多传感器融合的路面结构监测系统至少具有以下有益效果其中之一:
(1)本发明采用多种先进的数据采集设备,对路面状况进行监测,避免了人为检测的主观因素;
(2)本发明能够进行实时监测,能够更加准确地反映路面真实情况,实现了及时发现病害并进行处理,保障道路的行车安全;
(3)本发明在道路施工阶段组织实施,并且在监测过程中不需要破坏路面,降低了人工和经济成本;
(4)本发明从道路施工阶段开始实施,对路面结构进行全寿命周期的监测,有助于准确反映路面的真实情况以及对路面病害进行正确的分析。
附图说明
图1为本发明实施例基于多传感器融合的路面结构监测系统的结构组成示意图。
图2为本发明实施例数据采集设备的布设平面图。
图3为图2的A-A剖面图。
【主要元件】
10-数据采集设备簇;1-温湿度传感器;2-应变计;3-弯沉仪;4-土压力计;5-保水率传感器;6-抗滑能力监测设备;7-路面损坏状况监测设备;8-路面弯沉监测设备;
20-数据存储与传输设备;
30-数据接收与分析设备;
8-道路,81-SMA-13层;82-AC-20层;83-AC-25层;84-LSPM-30层;85-第一水泥稳定碎石层;86-第二水泥稳定碎石层;87-水泥稳砂加碎石层;88-路基。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。
本发明某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述,其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上,本发明的各种实施例可以许多不同形式实现,而不应被解释为限于此数所阐述的实施例;相对地,提供这些实施例使得本发明满足适用的法律要求。
在本发明的示例性实施例中,提供了一种基于多传感器融合的路面结构监测系统。如图1所示,本发明基于多传感器融合的路面结构监测系统包括:数据采集设备簇10、数据存储与传输设备20和数据接收与分析设备30,数据采集设备簇10包括至少两种类型的数据采集设备,用于采集路面状况数据;数据存储与传输设备20和数据采集设备簇10连接,用于存储、传输数据采集设备簇10采集的路面状况数据;数据接收与分析设备30和数据存储与传输设备20连接,用于接收上述路面状况数据并对其进行分析,得到病害状态。
以下分别对本实施例基于多传感器融合的路面结构监测系统的各个组成部分进行详细描述。
如图1所示,数据采集设备簇10包括温湿度传感器1、应变计2、弯沉仪3、土压力计4、保水率传感器5、抗滑能力监测设备6、路面损坏状况监测设备7、路面弯沉监测设备8。
其中,温湿度传感器1、应变计2、弯沉仪3、土压力计4、保水率传感器5均埋入道路内部,对路面状况进行实时数据采集,用于采集第一种路面状况数据;抗滑能力监测设备6、路面损坏状况监测设备7、路面弯沉监测设备8被设置于路侧,对路面状况进行实时数据采集,用于采集第二种路面状况数据。需要说明的是,由于道路的里程较长,一般情况下会设置多个数据采集设备簇10,每个数据采集设备簇10分布在道路的不同位置,扩大路面监测范围。温湿度传感器1测量到温湿度后,按一定的规律将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号输出。应变计2埋入道路内部,测量道路内部的应变量。弯沉仪3可以同时监测路面内部各结构层的永久变形和瞬时变形。土压力计4由背板、感应板、信号传输电缆、振弦及激振电磁线圈等组成,是了解被测结构物内部土压力变化量的有效监测设备。保水率传感器5可以测量路基内的水分含量。
本发明采用多种数据采集设备实时监测路面状况,避免了人为检测的主观因素,同时能够更加准确地反映路面真实情况,实现了及时发现病害并进行处理,保障道路的行车安全。
如图3所示,作为一种具体实施方式,被监测的道路包括8个结构层,分别为SMA-13(沥青玛蹄脂碎石混合料)层81、AC-20(粗粒式沥青混凝土)层82、AC-25层83、LSPM-30(大粒径透水性沥青混合料)层84、第一水泥稳定碎石层85、第二水泥稳定碎石层86、水泥稳砂加碎石层87和路基88,路基88以上的结构层均为敷料层。
如图2、3所示,数据采集设备簇10包括6个温湿度传感器1、8个应变计2、弯沉仪3、2个土压力计4、保水率传感器5。具体地,6个温湿度传感器1埋在路面敷料层的上4层;8个应变计分别埋在AC-20层82、AC-25层83之间和LSPM-30层84、第一水泥稳定碎石层85之间;弯沉仪3布置于路基88上面的各层敷料中;2个土压力计4埋在LSPM-30层84、第一水泥稳定碎石层85之间和水泥稳砂加碎石层87、路基88之间;保水率传感器5布置在路基88中。
抗滑能力监测设备6、路面损坏状况监测设备7、路面弯沉监测设备8根据需要,在使用时布置在道路的一侧。
由上可以看出,本发明在监测过程中不需要破坏路面,降低了人工和经济成本;并且可以从道路施工阶段开始实施,对路面结构进行全寿命周期的监测,有助于准确反映路面的真实情况以及对路面病害进行正确的分析。
其中,抗滑能力监测设备6能够快速准确实时的连续监测并计算出各等级公路路面的横向力系数(SFC)、路面抗滑性能指数(SRI)、路面温度、测试速度及行驶距离等指标数据。抗滑能力监测设备6包括数据采集计算机、数据采集主机系统、红外温度测量系统、水膜厚度控制系统、DMI距离测试系统、车载逆变电源、数据及电源连接线缆、数据采集及处理软件、机械测量结构、牵引车连接装置等。其中,可量测实景影像(Digital MeasurableImage,简称DMI)是一种以地面近景摄影测量立体影像文件及其外方位元素构成的基础地理信息产品,通过可量测实景影像提供的开发包可直接对立体影像进行测量、信息提取并与其他基础地理信息产品集成,是我国基础地理信息数据库为适应按需测量采集更新空间信息的一种产品。
路面损坏状况监测设备7是基于数字图像技术的高分率视频智能数据采集设备,用于道路资产及路面破损状况监测,能够快速准确实时的监测并计算出各等级公路路面的损坏、前方景观、GPS坐标、测试速度及行驶距离等指标数据,路面损坏状况监测设备7包括路面破损监测系统、道路状况监测系统、GPS定位系统、DMI距离测试系统、数据采集计算机、数据采集主机系统、图像采集和处理软件、安装支架等。
路面弯沉监测设备8能够快速准确实时的监测并计算出各等级公路路面的弯沉值、标准偏差、测点柱号、动态弹性模量等指标数据,路面弯沉监测设备8包括数据采集计算机、数据采集主机系统、机械测量系统、温度测量系统、DMI距离测试系统、车载逆变电源、数据及电源连接线、数据采集及处理软件、装载车及连接装置等。
数据存储与传输设备20包括存储设备和光纤传输通道,存储设备用来存储数据采集设备簇10采集到的路面状况数据,光纤传输通道用来将存储设备中的路面状况数据传输到数据接收与分析设备30。另外,光纤传输通道可以用宽带网络来代替,光纤传输速度快、信息丢失少,光纤传输通道作为优选实施方式。
在本发明实施例中,数据采集设备簇10采集到路面状况数据后,为避免数据丢失,并考虑线束布置方便,不直接将路面状况数据传输到数据接收和分析设备30,而是先将路面状况数据汇集到路边的存储设备。存储设备应满足以下要求:(1)备份功能,能够将采集到的数据自动备份,防止丢失;(2)断点续传功能,在遇到断电、设备损坏、网络故障等问题时,待系统恢复后,能够继续上传数据;(3)自动上传功能,根据设定,固定时间(例如一天24小时)上传一次数据。
数据接收与分析设备30用于接收光纤传输通道传输过来的路面状况数据,并对其进行分析,得出病害状态,数据接收与分析设备30可以是一台或多台台式机电脑、笔记本等终端设备,终端设备中包含数据接收服务器和数据分析软件,数据接收服务器接收光纤传输通道传递来的数据,并将采集的这些原始数据转换为数据分析软件可以识别的数据格式,数据分析软件根据前置的分析软件对数据进行分析比对,按类别查找路面结构病害,并及时反馈给工作人员,达到智能感知的目的。
至此,已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述,本领域技术人员应当对本发明基于多传感器融合的路面结构监测系统有了清楚的认识。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制,并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中,不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中,这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
应注意,贯穿附图,相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在以下描述中,一些具体实施例仅用于描述目的,而不应该理解为对本发明有任何限制,而只是本发明实施例的示例。在可能导致对本发明的理解造成混淆时,将省略常规结构或构造。应注意,图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例,而仅示意本发明实施例的内容。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于多传感器融合的路面结构监测系统,其特征在于,包括:
数据采集设备簇(10),其包括至少两种数据采集设备,用于实时采集路面状况数据;
数据接收与分析设备(30),和所述数据采集设备簇(10)连接,用于接收所述路面状况数据并对其进行分析,得到病害状态。
2.根据权利要求1所述的路面结构监测系统,其特征在于,所述数据采集设备簇(10)包括埋入道路内部的实时数据采集设备和/或置于道路侧面的实时数据采集设备。
3.根据权利要求2所述的路面结构监测系统,其特征在于,所述埋入道路内部的实时数据采集设备包括:温湿度传感器(1)、应变计(2)、弯沉仪(3)、土压力计(4)、保水率传感器(5)中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的路面结构监测系统,其特征在于,所述置于道路侧面的实时数据采集设备包括:抗滑能力监测设备(6)、路面损坏状况监测设备(7)、路面弯沉监测设备(8)中的一种或多种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的路面结构监测系统,其特征在于,所述数据采集设备簇(10)为多个。
6.根据权利要求1所述的路面结构监测系统,其特征在于,所述路面结构监测系统还包括:
数据存储与传输设备(20),和所述数据采集设备簇(10)连接,用于存储所述路面状况数据并将其传输至所述数据接收与分析设备(30)。
7.根据权利要求6所述的路面结构监测系统,其特征在于,所述数据存储与传输设备(20)包括:
存储设备,用于存储所述数据采集设备簇(10)采集到的路面状况数据;
光纤传输通道,用于将所述存储设备中的路面状况数据传输到所述数据接收与分析设备(30)。
8.根据权利要求1所述的路面结构监测系统,其特征在于,所述数据接收与分析设备(30)为一台或多台台式电脑或笔记本。
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