CN111486796B - 波形梁钢护栏横梁中心高度的检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波形梁钢护栏横梁中心高度的检测装置及检测方法，检测装置包括：走行支架、平台小车、车轮、轮轴、线阵相机、旋转编码器、控制单元、触摸显示屏和电源模块，所述走行支架设置在所述平台小车上并与待检测的横梁滑动连接，所述车轮通过所述轮轴安装在所述平台小车上，所述旋转编码器与所述轮轴同轴连接，所述线阵相机设置在所述平台小车上，用于对所述横梁连续扫描成像，所述线阵相机和所述旋转编码器分别与所述控制单元连接，所述触摸显示屏与所述控制单元连接；所述检测方法采用所述检测装置。本发明通过线阵相机连续扫描横梁图像快速准确地检测波形梁钢护栏横梁中心高度，保障公路交通安全。

Description

波形梁钢护栏横梁中心高度的检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及护栏检测技术领域，尤其是涉及一种波形梁钢护栏横梁中心高度的检测装置及检测方法。

背景技术

公路护栏是公路交通安全的重要保障。在我国的道路交通事故中，发生在普通干线公路上的事故约有45％是车辆越出路外造成的，发生在高速公路上的事故约有30％是车辆越出路外造成的，且由此造成的特、重大恶性交通事故占该类事故总数的比例高达52％。

公路护栏根据碰撞后的变形程度，可分为刚性护栏、半刚性护栏和柔性护栏，其中，半刚性护栏是一种连续的梁柱式护栏结构，具有一定的强度和刚度。波形梁钢护栏作为半刚性护栏的主要代表，也是公路沿线应用最普遍、地形适应能力最强的护栏，它由相互拼接的波纹状钢板和立柱构成连续梁柱结构，利用土基、立柱、波纹状钢板的变形来吸收碰撞能量，并迫使失控车辆改变方向。

横梁中心高度是波形梁钢护栏安装工程的关键检查项目。目前最常用的检测方法是从护栏全长中随机抽取一定数量的点位进行测量，测量时采用钢直尺或水平尺将波形梁钢护栏板面高度中心位置水平引出至路面上方，再用钢直尺或钢卷尺测量引出后位置至路面的高度作为横梁中心高度。这种方法存在以下局限性：属部分点位抽样检测，存在漏检误判风险，给公路运营留下了安全隐患；逐个点位进行水平引出、竖直测量和人工记录，增加抽检数量会导致时间和人力成本的成本增长，经济性较差；波形梁钢护栏横梁中心位置处于两波面间的平滑过渡段，人眼主观定位中心位置极易产生误差；测量过程中引出用钢直尺或水平尺很难保证水平，测高用钢直尺或钢卷尺也难以保证竖直，这些器具在手持方式下的状态不稳定将引起较大测量误差。综上，这种手工测量方法不仅效率低，而且测量误差较大，给公路运营留下了安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种波形梁钢护栏横梁中心高度的检测装置及检测方法，以快速准确地检测波形梁钢护栏横梁中心高度，保障公路交通安全。

为了达到上述目的，本发明提供了一种波形梁钢护栏横梁中心高度的检测装置，包括：走行支架、平台小车、车轮、轮轴、线阵相机、旋转编码器、控制单元、触摸显示屏和电源模块，所述走行支架设置在所述平台小车上并与待检测的横梁滑动连接，所述车轮通过所述轮轴安装在所述平台小车上，所述旋转编码器与所述轮轴同轴连接，所述线阵相机设置在所述平台小车上，用于对所述横梁连续扫描成像，所述线阵相机和所述旋转编码器分别与所述控制单元连接，所述触摸显示屏与所述控制单元连接，所述电源模块设置在所述平台小车上。

可选的，所述走行支架包括：第一伸缩杆、第二伸缩杆、铰链和走行滑轮，至少两个所述第一伸缩杆间隔设置在所述平台小车上，所述第二伸缩杆通过所述铰链设置在所述第一伸缩杆上，所述走行滑轮设置在所述第二伸缩杆远离所述铰链一端，所述走行滑轮可滑动地卡接在所述横梁的横梁上缘上。

可选的，相邻的所述第二伸缩杆之间设置有稳定杆。

可选的，所述第二伸缩杆上铰接连接有第三伸缩杆，所述第三伸缩杆远离所述第二伸缩杆一端设置有支撑滑轮，所述支撑滑轮能够在所述横梁的凹槽内滑动。

可选的，所述平台小车上还设置有第四伸缩杆，所述线阵相机设置在所述第四伸缩杆上，所述线阵相机的中心光轴平行于所述平台小车的底面，所述线阵相机的扫描线垂直于所述平台小车的底面，用于对所述横梁连续扫描成像。

可选的，所述车轮包括相对设置的定向轮和万向轮，所述定向轮通过所述轮轴安装在所述平台小车上，所述万向轮安装在所述平台小车上。

可选的，所述旋转编码器能够输出脉冲信号来同步触发所述线阵相机对所述横梁连续扫描成像。

本发明还提供一种波形梁钢护栏横梁中心高度的检测方法，包括：

提供以上所述的波形梁钢护栏横梁中心高度的检测装置；

将平台小车放置于横梁内侧路面上，通过走行支架连接平台小车和横梁，使平台小车走行时与横梁距离保持恒定；

测量线阵相机的中心光轴到路面的垂直高度H_base；

向控制单元输入初始桩号、线阵相机的中心光轴到路面的垂直高度H_base和横梁中心高度判断阈值；

推动平台小车沿路面行进，旋转编码器实时检测平台小车位移并输出脉冲信号来同步控制线阵相机采集横梁及其上下一定范围的原始图像；

控制单元对原始图像进行处理运算，获得横梁中心位置与线阵相机中心光轴之间的高度差△H，控制单元计算横梁中心高度H_center，

H_center＝H_base+△H；

控制单元存储横梁各处位置桩号及对应的横梁中心高度，并在横梁中心高度超出横梁中心高度判断阈值时于触摸显示屏上显示警告信息。

可选的，横梁中心位置与线阵相机中心光轴之间的高度差△H计算步骤包括：

对原始图像预处理得到灰度图像，对灰度图像进行边缘检测获得边缘图像，将边缘图像二值化生成二值图像，并从下向上对二值图像中各行像素赋予自然数行标值；

利用霍夫变换从二值图像中提取全部直线信息及其自然数行标值；

计算横梁中心在二值图像中的行标h_{pixel_center}，

h_{pixel_center}＝(h_{pixel_up}+h_{pixel_down})/2，

其中：h_{pixel_up}为最上方直线在二值图像中的行标，h_{pixel_down}为最下方直线在二值图像中的行标；

计算横梁中心在二值图像中的行标h_{pixel_center}与图像中心行标h_{pixel_standard}之间的行标差△h_pixel，

△h_pixel＝h_{pixel_center}-h_{pixel_standard}；

根据图像中每个像素代表的实际距离d计算横梁中心位置与线阵相机中心光轴之间的高度差△H，

△H＝△h_pixel×d。

在发明提供的波形梁钢护栏横梁中心高度的检测装置及检测方法中，检测装置包括：走行支架、平台小车、车轮、轮轴、线阵相机、旋转编码器、控制单元、触摸显示屏和电源模块，所述走行支架设置在所述平台小车上并与待检测的横梁滑动连接，所述车轮通过所述轮轴安装在所述平台小车上，所述旋转编码器与所述轮轴同轴连接，所述线阵相机设置在所述平台小车上，用于对所述横梁连续扫描成像，所述线阵相机和所述旋转编码器分别与所述控制单元连接，所述触摸显示屏与所述控制单元连接，所述电源模块设置在所述平台小车上，所述检测方法采用所述检测装置。本发明通过线阵相机连续扫描横梁图像，通过对横梁图像进行处理获得波形粱钢护栏横梁中心位置与线阵相机中心光轴之间的高度差△H，进而计算得到横梁中心高度，通过快速准确地检测波形梁钢护栏横梁中心高度，保障公路交通安全。

附图说明

图1是本发明实施例提供的波形梁钢护栏横梁中心高度的检测装置示意图；

图2是本发明实施例提供的走行滑轮示意图；

图3是本发明实施例提供的波形梁钢护栏横梁中心高度的检测装置控制原理图。

其中：1-平台小车，2-万向轮，3-定向轮，4-第一伸缩杆，5-第二伸缩杆，6-稳定杆，7-铰链，8-走行滑轮，9-支撑滑轮，10-第三伸缩杆，11-线阵相机，12-第四伸缩杆，13-控制单元，14-触摸显示屏，15-电源模块，16-旋转编码器，201-横梁中心，202-横梁上缘，203-横梁下缘。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

图1是本发明实施例提供的波形梁钢护栏横梁中心高度的检测装置示意图，图2是本发明实施例提供的走行滑轮示意图，图3是本发明实施例提供的波形梁钢护栏横梁中心高度的检测装置控制原理图，参见图1-图3，所述波形梁钢护栏横梁中心高度的检测装置包括：走行支架、平台小车1、车轮、轮轴、线阵相机11、旋转编码器16、控制单元13、触摸显示屏14和电源模块15，所述走行支架设置在所述平台小车1上并与待检测的横梁滑动连接，使所述平台小车1在行进过程中与所述横向的距离保持恒定。所述车轮包括相对设置的定向轮3和万向轮2，所述定向轮3通过所述轮轴安装在所述平台小车1上，所述万向轮2直接安装在所述平台小车上。所述旋转编码器16与所述轮轴同轴连接，用于对平台小车1的位移进行编码。所述线阵相机11设置在所述平台小车1上，用于对所述横梁连续扫描成像，所述线阵相机11和所述旋转编码器16分别与所述控制单元13连接，用于获取平台小车1位置信息(包括对应的桩号)、处理波形梁钢护栏的横梁图像及计算横梁中心高度。所述触摸显示屏14与所述控制单元13连接，用于向控制单元13输入检测基本信息以及实时显示检测结果。所述电源模块15设置在所述平台小车1上，用于向旋转编码器16、线阵相机11、控制单元13和触摸显示屏14供电。

参见图1-图3，所述走行支架包括：第一伸缩杆4、第二伸缩杆5、铰链7和走行滑轮8，至少两个所述第一伸缩杆4间隔设置在所述平台小车1上，所述第二伸缩杆8通过所述铰链7设置在所述第一伸缩杆4上，所述走行滑轮8设置在所述第二伸缩杆5远离所述铰链7一端，所述走行滑轮8可滑动地卡接在所述横梁的横梁上缘202上，走行滑轮8在横梁上缘202上滑动的同时，限制平台小车1远离横梁。容易理解的是，所述走行滑轮8也可以卡接在所述横梁的横梁下缘203上。推行平台小车1行进检测横梁高度时，向内侧推行平台小车1行进。

参见图1-图3，相邻的所述第二伸缩杆5之间设置有稳定杆6，多根稳定杆6连接第二伸缩杆5形成三角形桁架，使第二伸缩杆5之间的距离保持恒定。所述第二伸缩杆5上铰接连接有第三伸缩杆10，所述第三伸缩杆10远离所述第二伸缩杆5一端设置有支撑滑轮9，所述支撑滑轮9能够在所述横梁的凹槽内滑动，限制所述平台小车1靠近所述横梁。推行平台小车1行进检测横梁高度时，向前推行平台小车1行进，使所述平台小车1在行进过程中与所述横向的距离保持恒定。

参见图1-图3，所述平台小车1上还设置有第四伸缩杆12，所述线阵相机11设置在所述第四伸缩杆12上，所述线阵相机12的中心光轴平行于所述平台小车1的底面，所述线阵相机12的扫描线垂直于所述平台小车1的底面，用于对所述横梁连续扫描成像。所述旋转编码器16能够输出脉冲信号来同步触发所述线阵相机11对所述横梁连续扫描成像。所述控制单元13还包括存储磁盘和输入输出接口。

本发明还提供一种波形梁钢护栏横梁中心高度的检测方法，包括：

提供波形梁钢护栏横梁中心高度的检测装置；

将平台小车1放置于横梁内侧路面上，通过走行支架连接平台小车1和横梁，使平台小车1走行时与横梁距离保持恒定；

测量线阵相机11的中心光轴到路面的垂直高度H_base；

向控制单元13输入初始桩号、线阵相机的中心光轴到路面的垂直高度H_base和横梁中心高度判断阈值等检测基本信息；

推动平台小车1沿路面行进，旋转编码器16实时检测平台小车位移并输出脉冲信号来同步控制线阵相机11采集横梁及其上下一定范围的原始图像；

控制单元对原始图像进行处理运算，获得横梁中心位置与线阵相机中心光轴之间的高度差△H，控制单元计算横梁中心高度H_center，

H_center＝H_base+△H；

控制单元存储横梁各处位置桩号及对应的横梁中心高度，并在横梁中心高度超出横梁中心高度判断阈值时于触摸显示屏上显示警告信息。

横梁中心位置与线阵相机11的中心光轴之间的高度差△H计算步骤包括：

对原始图像预处理得到灰度图像，对灰度图像进行边缘检测获得边缘图像，将边缘图像二值化生成二值图像，并从下向上对二值图像中各行像素赋予自然数行标值；

利用霍夫变换从二值图像中提取全部直线信息及其自然数行标值；

计算横梁中心在二值图像中的行标h_{pixel_center}，

h_{pixel_center}＝(h_{pixel_up}+h_{pixel_down})/2，

其中：h_{pixel_up}为最上方直线在二值图像中的行标，h_{pixel_down}为最下方直线在二值图像中的行标；

计算横梁中心在二值图像中的行标h_{pixel_center}与图像中心行标h_{pixel_standard}之间的行标差△h_pixel，

△h_pixel＝h_{pixel_center}-h_{pixel_standard}；

根据图像中每个像素代表的实际距离d计算横梁中心位置与线阵相机中心光轴之间的高度差△H，

△H＝△h_pixel×d。

现有的手工测量方法不仅效率低，而且测量误差较大，给公路运营留下了安全隐患。而本发明将机器视觉技术引入波形梁钢护栏检测中，借助平台小车对横梁及周边场景进行连续扫描成像，在图像中自动识别横梁上下边缘进而计算横梁中心高度实际值，具有样本全覆盖、结果客观公正、自动化程度高等优点。本发明采用旋转编码器采集平台小车位移数据，输出脉冲信号控制成像速度，可确保成像过程和检测结果完全不受平台小车前进速度变化的影响，且能获得与检测结果相对应的位置桩号，实现横梁中心高度测量结果的自动记录。本发明通过走行支架上的滑轮，以滑轮沿横梁滑行的方式控制平台小车沿护栏线型移动，可使平台小车与横梁之间的横向距离处于稳定状态。

综上，在本发明实施例提供的波形梁钢护栏横梁中心高度的检测装置及检测方法中，波形梁钢护栏横梁中心高度的检测装置包括：走行支架、平台小车、车轮、轮轴、线阵相机、旋转编码器、控制单元、触摸显示屏和电源模块，所述走行支架设置在所述平台小车上并与待检测的横梁滑动连接，所述车轮通过所述轮轴安装在所述平台小车上，所述旋转编码器与所述轮轴同轴连接，所述线阵相机设置在所述平台小车上，用于对所述横梁连续扫描成像，所述线阵相机和所述旋转编码器分别与所述控制单元连接，所述触摸显示屏与所述控制单元连接，所述电源模块设置在所述平台小车上，所述波形梁钢护栏横梁中心高度的检测方法采用所述波形梁钢护栏横梁中心高度的检测装置。本发明通过线阵相机连续扫描横梁图像，通过对横梁图像进行处理获得波形粱钢护栏横梁中心位置与线阵相机中心光轴之间的高度差△H，进而计算得到横梁中心高度，通过快速准确地检测波形梁钢护栏横梁中心高度，保障公路交通安全。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种波形梁钢护栏横梁中心高度的检测装置，其特征在于，包括：走行支架、平台小车、车轮、轮轴、线阵相机、旋转编码器、控制单元、触摸显示屏和电源模块，所述走行支架设置在所述平台小车上并与待检测的横梁滑动连接，所述车轮通过所述轮轴安装在所述平台小车上，所述旋转编码器与所述轮轴同轴连接，所述线阵相机设置在所述平台小车上，用于对所述横梁连续扫描成像，所述线阵相机和所述旋转编码器分别与所述控制单元连接，所述触摸显示屏与所述控制单元连接，所述电源模块设置在所述平台小车上；

所述走行支架包括：第一伸缩杆、第二伸缩杆、铰链和走行滑轮，至少两个所述第一伸缩杆间隔设置在所述平台小车上，所述第二伸缩杆通过所述铰链设置在所述第一伸缩杆上，所述走行滑轮设置在所述第二伸缩杆远离所述铰链一端，所述走行滑轮可滑动地卡接在所述横梁的横梁上缘上；相邻的所述第二伸缩杆之间设置有稳定杆；所述第二伸缩杆上铰接连接有第三伸缩杆，所述第三伸缩杆远离所述第二伸缩杆一端设置有支撑滑轮，所述支撑滑轮能够在所述横梁的凹槽内滑动。

2.根据权利要求1所述的波形梁钢护栏横梁中心高度的检测装置，其特征在于，所述平台小车上还设置有第四伸缩杆，所述线阵相机设置在所述第四伸缩杆上，所述线阵相机的中心光轴平行于所述平台小车的底面，所述线阵相机的扫描线垂直于所述平台小车的底面，用于对所述横梁连续扫描成像。

3.根据权利要求1所述的波形梁钢护栏横梁中心高度的检测装置，其特征在于，所述车轮包括相对设置的定向轮和万向轮，所述定向轮通过所述轮轴安装在所述平台小车上，所述万向轮安装在所述平台小车上。

4.根据权利要求1所述的波形梁钢护栏横梁中心高度的检测装置，其特征在于，所述旋转编码器能够输出脉冲信号来同步触发所述线阵相机对所述横梁连续扫描成像。

5.一种波形梁钢护栏横梁中心高度的检测方法，其特征在于，包括：

提供如权利要求1-4中任意一项所述的波形梁钢护栏横梁中心高度的检测装置；

将平台小车放置于横梁内侧路面上，通过走行支架连接平台小车和横梁，使平台小车走行时与横梁距离保持恒定；

测量线阵相机的中心光轴到路面的垂直高度H_base；

向控制单元输入初始桩号、线阵相机的中心光轴到路面的垂直高度H_base和横梁中心高度判断阈值；

推动平台小车沿路面行进，旋转编码器实时检测平台小车位移并输出脉冲信号来同步控制线阵相机采集横梁及其上下一定范围的原始图像；

控制单元对原始图像进行处理运算，获得横梁中心位置与线阵相机中心光轴之间的高度差△H，控制单元计算横梁中心高度H_center，

H_center＝H_base+△H；

控制单元存储横梁各处位置桩号及对应的横梁中心高度，并在横梁中心高度超出横梁中心高度判断阈值时于触摸显示屏上显示警告信息。

6.根据权利要求5所述的波形梁钢护栏横梁中心高度的检测方法，其特征在于，横梁中心位置与线阵相机中心光轴之间的高度差△H计算步骤包括：

对原始图像预处理得到灰度图像，对灰度图像进行边缘检测获得边缘图像，将边缘图像二值化生成二值图像，并从下向上对二值图像中各行像素赋予自然数行标值；

利用霍夫变换从二值图像中提取全部直线信息及其自然数行标值；

计算横梁中心在二值图像中的行标h_{pixel_center}，

h_{pixel_center}＝(h_{pixel_up}+h_{pixel_down})/2，

其中：h_{pixel_up}为最上方直线在二值图像中的行标，h_{pixel_down}为最下方直线在二值图像中的行标；

计算横梁中心在二值图像中的行标h_{pixel_center}与图像中心行标h_{pixel_standard}之间的行标差△h_pixel，

△h_pixel＝h_{pixel_center}-h_{pixel_standard}；

根据图像中每个像素代表的实际距离d计算横梁中心位置与线阵相机中心光轴之间的高度差△H，

△H＝△h_pixel×d。

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