CN114061747B - 一种路面亮度自动测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种路面亮度自动测量装置，包括：瞄点式亮度测量模块、距离测量模块、承载模块、主控模块和便携电源；瞄点式亮度测量模块包括设于保护罩内的亮度传感器、电动对焦镜头、微控制器；距离测量模块包括设于电动对焦镜头左右两侧的前向激光测距传感器；设于电动对焦镜头的底部高度测量传感器；承载模块包括带有底座的自动可伸缩三角支架，设于底座上的三维电动云台；瞄点式亮度测量模块可旋转的安装于三维电动云台上；主控模块用于控制整个装置工作。本发明还提供了一种路面亮度自动测量方法。本发明可以解决现有技术对路面亮度进行测量时，与观察者实际感官亮度存在较大差异，不能反映出路面实际照明效果的技术问题。

Description

一种路面亮度自动测量装置及方法

技术领域

本发明涉及路面亮度测量技术领域，具体涉及一种路面亮度自动测量装置及方法。

背景技术

为了解新建公路路面的实际照明效果，以及照明设施在运行了一段时间以后路面亮度是否仍旧满足设计要求，需要在照明情况下，对路面亮度进行测量。根据《公路隧道照明设计细则》(JTG/T D70/2-01—2014)和《公路工程质量检验评定标准第二册机电工程》(JTG 2182-2020)的相关规定，可以对路面亮度进行测量。

在现有技术中，对路面亮度进行测量，通常采用以下方法：将点式亮度计稳定架设在三脚架上，对前方路面测量点进行逐一手动瞄准测量。此方法效率低，且手动瞄点难以保证位置的准确性，对最终数据的准确性以及结果的判定造成影响。

授权公告号为CN209432280U的实用新型专利，公开了一种隧道路面亮度检测装置，所述隧道路面亮度检测装置包括车体、照度检测模块、处理模块及伸缩杆结构，所述照度检测模块及所述处理模块均设于所述车体的顶部；所述伸缩杆结构设于所述车体的一端；所述照度检测模块包括防震云台、横杆、多个固定座及照度传感器，所述防震云台与所述车体固定连接；所述横杆设于所述防震云台的顶部；多个所述固定座间隔设置于所述横杆上，且所述固定座通过紧固螺栓固定于所述横杆上；所述照度传感器分别设于所述固定座的顶部，并分别与所述处理模块无线连接。上述装置采用照度测量方法来间接获取路面亮度信息，与观察者实际感官亮度存在较大差异，不能反映出路面的实际照明效果。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种路面亮度自动测量装置及方法，以解决现有技术中存在的对路面亮度进行测量时，与观察者实际感官亮度存在较大差异，不能反映出路面的实际照明效果的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

第一方面，提供了一种路面亮度自动测量装置，包括：瞄点式亮度测量模块、距离测量模块、承载模块、主控模块和便携电源；

瞄点式亮度测量模块包括设于保护罩内的亮度传感器、电动对焦镜头、微控制器；亮度传感器分别与电动对焦镜头、微控制器电连接；微控制器分别与亮度传感器、电动对焦镜头电连接；

距离测量模块包括前向激光测距传感器、高度测量传感器；前向激光测距传感器设于电动对焦镜头左右两侧；高度测量传感器设于电动对焦镜头底部；

承载模块包括三维电动云台、自动可伸缩三角支架；自动可伸缩三角支架包括底座和与底座底部相连接的支撑腿，支撑腿上设有电动丝杆，三维电动云台设于底座上；瞄点式亮度测量模块可旋转的安装于三维电动云台上；

主控模块分别与微控制器、距离测量模块、三维电动云台、电动丝杆电连接。

进一步的，前向激光测距传感器的中心光轴与电动对焦镜头中心光轴相互平行，且两者与路面交点连成的直线垂直于中心光轴在路面的投影。由上述技术方案可知，本发明第一方面的技术方案，其有益技术效果如下：

可以在模拟观察者肉眼实际位置的情况下，实现对路面亮度的自动测量，使得对路面亮度的测量结果基本与观察者实际感官亮度一致。

第二方面，提供了一种路面亮度自动测量方法，使用第一方面提供的路面亮度自动测量装置对路面亮度进行自动测量。

进一步的，路面亮度自动测量方法，包括以下步骤：

S1、将路面亮度自动测量装置的自动可伸缩三角支架固定在在被测路面区域前方的第一距离处，调整自动可伸缩三角支架的高度使路面亮度自动测量装置的承载模块底座距路面的高度为第一高度；

S2、在路面亮度自动测量装置的主控模块中输入测量点的数量以及各个测量点的方位信息；

S3、在路面亮度自动测量装置的前方车道路面第二距离处设置临时标记，对路面亮度自动测量装置的三维电动云台的水平方向、竖直方向的角度初始值进行标定；

S4、根据测量点的数量以及各个测量点的方位信息，结合标定的三维电动云台的水平方向、竖直方向的角度初始值，主控模块控制三维电动云台转动并控制亮度传感器对各测量点进行亮度自动测量

S5、主控模块根据各测量点的亮度测量结果，自动计算路面平均亮度、路面亮度总均匀度或路面亮度纵向均匀度。

进一步的，第一距离为60米，第一高度为1.4-1.6米，第二距离为5米。

进一步的，个测量点的方位信息包括：第一排测量点的前向距离L，相邻横向测量点的间距△L_row，相邻纵向测量点的间距△L_column，单排横向测量点数量N_row，单列纵向测量点数量N_column。

进一步的，当电动对焦镜头与路面测量点的直线距离满足下式时，主控模块会控制三维电动云台停止转动，控制亮度传感器进行路面亮度测量：

在上式中，L_n表示电动对焦镜头与路面测量点的直线距离，L表示路面亮度自动测量装置与被测路面区域的第一距离，△L_row表示相邻横向测量点的间距，△L_column表示相邻纵向测量点的间距，H表示承载模块底座距路面的高度。

进一步的，路面平均亮度按下式进行计算：

在上式中，X_kj具体如下：

进一步的，路面亮度纵向均匀度按下式进行计算：

在上式中，x_avg路面平均亮度，x_min为路面亮度矩阵中所有元素的最小值。

进一步的，路面亮度纵向均匀度按下式进行计算：

在上式中，x_2jmin是路面亮度矩阵中第二行元素中的最小值，x_2jmax是路面亮度矩阵中第二行元素中的最大值。

由上述技术方案可知，本发明第二方面的有益技术效果如下：

可以实现对路面平均亮度、路面亮度总均匀度、路面亮度纵向均匀度的自动测量和计算，测量过程时间短、效率快，测量精度高；可减少人工在测量全过程中的干预，智能化程度较好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明实施例1的路面亮度自动测量装置的系统框图；

图2为本发明实施例1的路面亮度自动测量装置的外形结构示意图；

图3为本发明实施例2的路面亮度自动测量方法流程图；

图4为本发明实施例2的路面测量点位置示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例1

本实施例提供了一种路面亮度自动测量装置，其系统框图如图1所示，包括瞄点式亮度测量模块、距离测量模块、承载模块、主控模块和便携电源构成。

瞄点式亮度测量模块由亮度传感器、电动对焦镜头、微控制器和保护罩组成，亮度传感器分别与电动对焦镜头、微控制器电连接。亮度传感器用于测量电动对焦镜头中心光轴与前方路面交点处的微小单元亮度。微控制器分别与亮度传感器、电动对焦镜头电连接，用于控制亮度传感器、电动对焦镜头的工作；微控制器能控制瞄点式亮度测量模块进行单次亮度采集，并将测量数据传输给主控模块。电动对焦镜头用于和某一个测量点进行对焦，并且能够在微控制器的控制作用下进行自动对焦。将亮度传感器、电动对焦镜头、微控制器安装在保护罩内，保护罩的底部与三维电动云台可旋转连接。

距离测量模块由前向激光测距传感器和高度测量传感器组成。前向激光测距传感器安装于电动对焦镜头左右两侧，前向激光测距传感器中心光轴与电动对焦镜头中心光轴相互平行，且两者与路面交点连成的直线垂直于中心光轴在路面的投影；前向激光测距传感器用于测量电动对焦镜头到前方路面交点处的直线距离。高度测量传感器安装于电动对焦镜头底部，用于测量电动对焦镜头到路面的竖直高度。

承载模块由三维电动云台、自动可伸缩三角支架组成。瞄点式亮度测量模块安装于三维电动云台上，三维电动云台用于带动瞄点式亮度测量模块在水平和垂直方向上运动，三维电动云台还可以输出水平方向和竖直方向上的实时角度信息传输给主控模块。自动可伸缩三角支架包括底座和与底座底部相连接的3个支撑腿；每个支撑腿上分别设有电动丝杆，通过电动丝杆可调整承载模块的高度。三维电动云台安装在底座上，在具体的实施方式中，底座为一圆盘。

主控模块由处理器、存储设备和输入输出接口组成，与瞄点式亮度测量模块的微控制器、距离测量模块和承载模块的三维电动云台、电动丝杆分别电连接，用于控制整个装置工作、接收测量过程中的各种数据以及人机交互。便携电源用于向整个装置的各个模块供电。在具体的实施方式中，主控模块、便携电源可安装与承载模块上，也可以独立放置。

路面亮度自动测量装置的外形结构示意图如图2所示。

以下对实施例1工作原理进行说明：

通过自动可伸缩三角支架将路面亮度自动测量装置固定在路面的某一位置处，在主控模块的人机交互界面中设置好各项工作参数，包括带测量点的数量、每个测量点的位置，测量时间等。通过将自动可伸缩三角支架调整至合适的高度，以及与测量点合适的距离，可以充分模拟人眼观察路面时的所在的高度以及与测量点的距离，对路面亮度的测量结果基本与观察者实际感官亮度一致。

主控模块控制三维电动云台、距离测量模块、瞄点式亮度测量模块工作，三维电动云台通过旋转带动瞄点式亮度测量模块在水平或垂直方向运动，使电动对焦镜头对准路面的某一个测量点。微控制器接收到主控模块的指令，控制亮度传感器对测量点的路面亮度按测量时间进行测量，并将路面亮度测量结果传输给主控模块进行存储和显示。

当测量完一个测量点的路面亮度后，自动切换到下一个测量点进行路面亮度的测量。

通过本实施例的技术方案，可以在模拟观察者肉眼实际位置的情况下，实现对路面亮度的自动测量，使得对路面亮度的测量结果基本与观察者实际感官亮度一致。

实施例2

本实施例提供了一种路面亮度自动测量方法，使用实施例1提供的路面亮度自动测量装置对路面亮度进行自动测量，如图3所示，包括以下步骤：

S1、将路面亮度自动测量装置的自动可伸缩三角支架固定在在被测路面区域前方的第一距离处，调整自动可伸缩三角支架的高度使路面亮度自动测量装置的承载模块底座距路面的高度为第一高度

在被测路面区域前方第一距离处，安装路面亮度自动测量装置，调节自动可伸缩三角支架同时观察高度传感器实时值，在承载模块底座距路面第一高度时锁定自动可伸缩三角支架。路面亮度自动测量装置的安装处为观测点。

在具体的实施方式中，第一距离为60米，在被测路面区域前方60米的右侧车道路面中心处安装并固定路面亮度自动测量装置；在承载模块底座距路面1.4-1.6米高，优选为1.5米高时锁定自动可伸缩三角支架。

S2、在路面亮度自动测量装置的主控模块中输入测量点的数量以及各个测量点的方位信息

在主控模块中输入以下信息：第一排测量点的前向距离L，相邻横向测量点的间距△L_row，相邻纵向测量点的间距△L_column，单排横向测量点数量N_row，单列纵向测量点数量N_column。在具体的实施方式中，测量点如图4所示，呈一阵列形式，每排设有3个测量点，每排的测量点两两之间等间距，测量点一共设有n排；各个测量点的方位信息根据现场情况确定，比如不同的路面有不同的宽度。

S3、在路面亮度自动测量装置的前方车道路面第二距离处设置临时标记，对路面亮度自动测量装置的三维电动云台的水平方向、竖直方向的角度初始值进行标定

在路面亮度自动测量装置前方车道路面第二距离处设置临时标记，主控模块控制前向激光测距传感器在路面的激光照射点对准临时标记，标定三维电动云台的水平方向、竖直方向的角度初始值。标定可采用现有技术中的任意一种可实现方式进行，标定角度初始值记录在主控模块中，可为后续计算电动对焦镜头与路面测量点的直线距离提供原点坐标。

在具体的实施方式中，第二距离为5米，在路面亮度自动测量装置的前方车道路面中心5m处设置临时标记。

S4、根据测量点的数量以及各个测量点的方位信息，结合标定的三维电动云台的水平方向、竖直方向的角度初始值，主控模块控制三维电动云台转动并控制亮度传感器对各测量点进行亮度自动测量

主控模块启动自动测量程序，在具体的实施方式中，通过亮度传感器按由近到远、从左至右的测量顺序依次测量各测量点的亮度，将亮度测量结果通过微控制器传输给主控模块进行记录。

为控制三维电动云台在电动对焦镜头对准路面测量点时停止，在电动对焦镜头与路面测量点的直线距离满足下式(1)时，主控模块会控制三维电动云台停止转动，控制亮度传感器进行路面亮度测量。

在上式(1)中，L_n表示电动对焦镜头与路面测量点的直线距离，L表示路面亮度自动测量装置与被测路面区域的第一距离，△L_row表示相邻横向测量点的间距，△L_column表示相邻纵向测量点的间距，H表示承载模块底座距路面的高度；当n＝3k-1时，△L_row＝0，k＝1,2,3,…。

S5、主控模块根据各测量点的亮度测量结果，自动计算路面平均亮度、路面亮度总均匀度或路面亮度纵向均匀度

当主控模块完成对所有测量点的路面亮度测量后，通过对各个测量点的亮度测量结果，可得如下路面亮度矩阵：

主控模板根据上述路面亮度矩阵计算可得：

路面平均亮度：

路面亮度总均匀度：其中x_min是路面亮度矩阵中所有元素的最小值。

路面亮度纵向均匀度：其中x_2jmin是路面亮度矩阵中第二行元素中的最小值，x_2jmax是路面亮度矩阵中第二行元素中的最大值。

通过本实施例的技术方案，可以实现对路面平均亮度、路面亮度总均匀度、路面亮度纵向均匀度的自动测量和计算，测量过程时间短、效率快，测量精度高；可减少人工在测量全过程中的干预，智能化程度较好。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种路面亮度自动测量方法，使用路面亮度自动测量装置对路面亮度进行自动测量，其特征在于，所述路面亮度自动测量装置包括：瞄点式亮度测量模块、距离测量模块、承载模块、主控模块和便携电源；

所述瞄点式亮度测量模块包括设于保护罩内的亮度传感器、电动对焦镜头、微控制器；所述亮度传感器分别与电动对焦镜头、微控制器电连接；所述微控制器分别与亮度传感器、电动对焦镜头电连接；

所述距离测量模块包括前向激光测距传感器、高度测量传感器；所述前向激光测距传感器设于所述电动对焦镜头左右两侧；所述高度测量传感器设于所述电动对焦镜头底部；

所述承载模块包括三维电动云台、自动可伸缩三角支架；所述自动可伸缩三角支架包括底座和与底座底部相连接的支撑腿，所述支撑腿上设有电动丝杆，所述三维电动云台设于所述底座上；所述瞄点式亮度测量模块可旋转的安装于所述三维电动云台上；

所述主控模块分别与所述微控制器、所述距离测量模块、所述三维电动云台、电动丝杆电连接；

所述路面亮度自动测量方法包括以下步骤：

S1、将路面亮度自动测量装置的自动可伸缩三角支架固定在被测路面区域前方的第一距离处，调整自动可伸缩三角支架的高度使路面亮度自动测量装置的承载模块底座距路面的高度为第一高度；

S2、在路面亮度自动测量装置的主控模块中输入测量点的数量以及各个测量点的方位信息；

S3、在路面亮度自动测量装置的前方车道路面第二距离处设置临时标记，对路面亮度自动测量装置的三维电动云台的水平方向、竖直方向的角度初始值进行标定；

S4、根据测量点的数量以及各个测量点的方位信息，结合标定的三维电动云台的水平方向、竖直方向的角度初始值，主控模块控制三维电动云台转动并控制亮度传感器对各测量点进行亮度自动测量；

S5、主控模块根据各测量点的亮度测量结果，自动计算路面平均亮度、路面亮度总均匀度或路面亮度纵向均匀度。

2.根据权利要求1所述的路面亮度自动测量方法，其特征在于，所述前向激光测距传感器的中心光轴与电动对焦镜头中心光轴相互平行，且两者与路面交点连成的直线垂直于中心光轴在路面的投影。

3.根据权利要求1所述的路面亮度自动测量方法，其特征在于，所述第一距离为60米，所述第一高度为1.4-1.6米，所述第二距离为5米。

4.根据权利要求1所述的路面亮度自动测量方法，其特征在于，所述各个测量点的方位信息包括：第一排测量点的前向距离L，相邻横向测量点的间距△L_row，相邻纵向测量点的间距△L_column，单排横向测量点数量N_row，单列纵向测量点数量N_column。

5.根据权利要求4所述的路面亮度自动测量方法，其特征在于，当电动对焦镜头与路面测量点的直线距离满足下式时，主控模块会控制三维电动云台停止转动，控制亮度传感器进行路面亮度测量：

在上式中，L_n表示电动对焦镜头与路面测量点的直线距离，L表示路面亮度自动测量装置与被测路面区域的第一距离，△L_row表示相邻横向测量点的间距，△L_column表示相邻纵向测量点的间距，H表示承载模块底座距路面的高度，当n＝3k-1时，△L_row＝0，k＝1,2,3,…。

6.根据权利要求1所述的路面亮度自动测量方法，其特征在于，所述路面平均亮度按下式进行计算：

在上式中，X_kj具体如下：

7.根据权利要求1所述的路面亮度自动测量方法，其特征在于，所述路面亮度总均匀度按下式进行计算：

在上式中，x_avg路面平均亮度，x_min为路面亮度矩阵中所有元素的最小值。

8.根据权利要求1所述的路面亮度自动测量方法，其特征在于，路面亮度纵向均匀度按下式进行计算：

在上式中，x_2jmin是路面亮度矩阵中第二行元素中的最小值，x_2jmax是路面亮度矩阵中第二行元素中的最大值。