CN115058947A - 一种路基路面平整度检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种路基路面平整度检测装置及方法，涉及道路检测技术领域。本发明包括：检测车用于在检测路面行驶并获取路面数据；激光测距传感器用于测量激光测距传感器到路面的距离；处理器用于对获取的激光测距传感器到路面的距离，采用贝塞尔曲线绘制系统进行处理获取平滑的曲线，对平滑的曲线进行处理获取车辆行驶路面的平整度，当检测出平整度异常时，及时通知声光报警装置发出警报；里程表传感器用于计算检测车在检测时刻内的水平位移量。本发明通过激光测距传感器测得车到地面的距离还绘制地面线，对地面线进行平滑处理后求得每处拐点的曲率半径，来判断路面平整度是否合格，提高路面检测效率，降低道路检测工作量。
Description
技术领域
本发明属于道路检测技术领域，特别是涉及一种路基路面平整度检测装置及方法。
背景技术
路面平整度(Road Surface Roughness)是指路表面纵向凹凸量的偏差值，其是评定路面质量的重要技术指标之一，它关系到行车的安全、舒适以及路面所能承受冲击力的大小和使用寿命，不平整的路表面会增大行车阻力，使车辆产生附加的振动作用，不但影响行车的速度和安全，而且还会影响驾驶的平稳和乘客的舒适程度。因此，很有必要对路面平整度进行测试并保持一定的平整度。
目前，主要用传统路面仪对路面平整度进行测量，传统路面仪包括：单轴加速度传感器、激光测距传感器和里程计数传感器。利用传统路面仪测量时，假设汽车底盘只在垂直于地面的方向上运动，具体测量方法为：利用传统路面仪的单轴加速度传感器测出垂直于地面方向上的垂直加速度，垂直加速度减去静态的重力加速度，得到传统路面仪振动的加速度，对传统路面仪振动的加速度进行二次双重积分，得到传统路面仪振动的位移量，利用激光测距传感器测出传统路面仪与待测试路面的距离，利用里程计数传感器测出传统路面仪的水平位移，用传统路面仪振动的位移量减去传统路面仪与待测试路面的距离，得到的就是传统路面仪水平位移范围内待测试路面的平整度信息。
由于利用传统路面仪测量路面平整度是在假设汽车底盘仅在垂直方向上运动进行的，但事实上汽车底盘振动不单纯是个垂直振动的过程，还带有旋转运动，因此，利用传统路面仪测量路面平整度精度时，测量精度受到汽车底盘旋转运动的影响，精度低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种路基路面平整度检测装置及方法，通过激光测距传感器测得车到地面的距离还绘制地面线，对地面线进行平滑处理后求得每处拐点的曲率半径，来判断路面平整度是否合格，解决了现有的路面平整度测量精度不足的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种路基路面平整度检测装置，包括在路面行驶的检测车、等间距安装在检测车底部的多个激光测距传感器、处理器和里程表传感器；所述检测车用于在检测路面行驶并获取路面数据；所述激光测距传感器用于测量激光测距传感器到路面的距离；所述处理器用于对获取的激光测距传感器到路面的距离，采用贝塞尔曲线绘制系统进行处理获取平滑的曲线，对平滑的曲线，对平滑的曲线进行处理获取车辆行驶路面的平整度，当检测出平整度异常时，及时通知声光报警装置发出警报；所述里程表传感器用于计算检测车在检测时刻内的水平位移量。
作为一种优选的技术方案，所述处理器用于将一次采集时，所有的激光测距传感器采集的高度连成一条路面线，采用贝塞尔曲线绘制系统进行路面线处理获取平滑的曲线，对该条平滑的曲线进行处理，计算每个拐点的曲率半径；将拐点的曲率半径与阀值进行比较，若曲率半径大于阀值，则通知声光报警装置发出警报；若曲率半径小于阀值，则检测车继续行驶测量。
作为一种优选的技术方案，所述检测车还内置有加速度传感器；所述加速度传感器用于检测车在路面行驶过程中的振动加速度；所述处理器根据获取的振动加速度，对测量激光测距传感器到路面的距离进行求平均值处理，根据地面距离的平均值的连线获取地面线。
作为一种优选的技术方案，所述路面线依次进行中值滤波处理、均值滤波处理和边界处理。
本发明为一种路基路面平整度检测方法，包括如下步骤：
步骤S1：设置激光测距传感器工作参数；
步骤S2：监测车在待测路面行驶，激光测距传感器采集的数据发送至处理器；
步骤S3：处理器根据激光测距传感器检测的地面距离连线获取地面线；
步骤S4：采用贝塞尔曲线绘制系统进行处理获取平滑的曲线；
步骤S5：平滑的曲线进行处理，计算每个拐点的曲率半径；
步骤S6：将计算出的曲率半径依据预先设置的参考表进行比对，得出路面线的凹凸情况，来判断路面平整度是否合格。
作为一种优选的技术方案，所述步骤S3中，贝塞尔曲线绘制方式至少达到四个点才开始绘制，具体绘制步骤如下：
步骤P01：集合新添加一个坐标点；
步骤P02：判断集合坐标点总数是否超过四个；
若否，则返回步骤P01；
若是，则执行步骤P03；
步骤P03：取后四个坐标点计算出三个控制点；
步骤P04：根据三个控制点计算出两个控制点；
步骤P05：根据偏移的线性关系y＝kx+b，求最终的控制点；
步骤P06：根据两个控制点和最后的坐标绘制曲线。
作为一种优选的技术方案，所述步骤S5中，获取路面线中心线坐标之后，将其拟合为一元二次方程：
Y＝a*X2+b*X+c；
并求得参数a,b,c；
获取曲线上拐点处的坐标值，并通过曲率半径公式：
本发明具有以下有益效果：
本发明通过激光测距传感器测得车到地面的距离还绘制地面线，对地面线进行平滑处理后求得每处拐点的曲率半径，来判断路面平整度是否合格，提高路面检测效率，降低道路检测工作量。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明的一种路基路面平整度检测方法流程图；
图2为一种路基路面平整度检测装置的结构示意图；
图3为贝塞尔曲线绘制流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1所示，本发明为一种路基路面平整度检测装置，包括在路面行驶的检测车、等间距安装在检测车底部的多个激光测距传感器、处理器和里程表传感器；
检测车用于在检测路面行驶并获取路面数据；激光测距传感器用于测量激光测距传感器到路面的距离；处理器用于对获取的激光测距传感器到路面的距离，采用贝塞尔曲线绘制系统进行处理获取平滑的曲线，对平滑的曲线，对平滑的曲线进行处理获取车辆行驶路面的平整度，当检测出平整度异常时，及时通知声光报警装置发出警报；里程表传感器用于计算检测车在检测时刻内的水平位移量；
为了提高检测的准确性可以设置多个激光测距传感器，利用多个激光测距传感器来获取到地面的高度，根据高度不同来绘制地面线，由于多个点之间的连线导致地面线不够平整类似与折线图，影响平整度的计算，所以需要对折线图进行平滑处理，采用贝塞尔曲线绘制系统进行处理获取平滑的曲线，该曲线就是能够反映路面平整的路面线。
处理器用于将一次采集时，所有的激光测距传感器采集的高度连成一条路面线，采用贝塞尔曲线绘制系统进行路面线处理获取平滑的曲线，对该条平滑的曲线进行处理，计算每个拐点的曲率半径；将拐点的曲率半径与阀值进行比较，若曲率半径大于阀值，则通知声光报警装置发出警报；若曲率半径小于阀值，则检测车继续行驶测量。
检测车还内置有加速度传感器；加速度传感器用于检测车在路面行驶过程中的振动加速度；处理器根据获取的振动加速度，对测量激光测距传感器到路面的距离进行求平均值处理，根据地面距离的平均值的连线获取地面线，由于行驶的车辆在检测过程中，行驶速度的不同，导致激光测距传感器测量到地面的距离存在一定的误差，会使路面平整度检测出现误差，所以车辆行驶的过程中，可以对车辆的加速度进行测定，返回测试中取平均值来缩小加速度对测量结果造成的误差。
请参阅图1所示，本发明为一种路基路面平整度检测方法，包括如下步骤：
步骤S1：设置激光测距传感器工作参数；
步骤S2：监测车在待测路面行驶，激光测距传感器采集的数据发送至处理器；
步骤S3：处理器根据激光测距传感器检测的地面距离连线获取地面线；
步骤S4：采用贝塞尔曲线绘制系统进行处理获取平滑的曲线；
步骤S5：平滑的曲线进行处理，计算每个拐点的曲率半径；
步骤S6：将计算出的曲率半径依据预先设置的参考表进行比对，得出路面线的凹凸情况，来判断路面平整度是否合格。
请参阅图3所示，步骤S3中，贝塞尔曲线绘制方式至少达到四个点才开始绘制，具体绘制步骤如下：
步骤P01：集合新添加一个坐标点；
步骤P02：判断集合坐标点总数是否超过四个；
若否，则返回步骤P01；
若是，则执行步骤P03；
步骤P03：取后四个坐标点计算出三个控制点；
步骤P04：根据三个控制点计算出两个控制点；
步骤P05：根据偏移的线性关系y＝kx+b，求最终的控制点；
步骤P06：根据两个控制点和最后的坐标绘制曲线。
步骤S5中，获取路面线中心线坐标之后，将其拟合为一元二次方程：
Y＝a*X2+b*X+c；
并求得参数a,b,c；
获取曲线上拐点处的坐标值，并通过曲率半径公式：
曲率半径的值越大，说明该处地面越不平整，曲率半径的值越小，说明该处地面越平整，当曲率半径超过预先设置的阀值，则说明该处的路面平整度不合格，进行报警处理做二次检修。
实施例二
相较于实施例一采用的激光测距传感器实现路面距离的测量，来绘制地面线，还可以使用图像处理来获取路面图像，对图像进行识别采用中值滤波处理、均值滤波处理和边界处理。
中值滤波是一种非线性平滑技术，它将每一像素点的像素值设置为该点某邻域窗口内的所有像素点像素值的中值。
定义某点(x,y)的邻域窗口大小为i*j(通常j＝i且i为奇数)，将该邻域窗口中每个点对应个像素值I(i,j)按升序或降序排列并求出该邻域窗口中值，用其替换该邻域窗口中心点G(x,y)的值。
G(x,y)＝median[I(i,j)]；
均值滤波是一种线性滤波，其基本原理是用各个像素点的像素值设置为在该点某邻域窗口的均值。
定义某点(x,y)的邻域窗口大小为i*j(通常j＝i且i为奇数)，求该邻域窗口所有像素值的均值，用其替换该邻域窗口中心点G(x,y)的值。
无论使用所述中值滤波方法还是均值滤波方法进行图像滤波，边界都会出现缺少一边领域的情况。关于边界处理目前有四种方法。
(1)不做边界处理
不对图像边界做任何处理，即在对图像进行滤波时滤波器没有作用到图像的四周，因此图像四周没有发生改变；
(2)填充0
对图像边界做扩展，在扩展边界中填充0；
(3)填充最近的像素值
与填充0类似，只不过将填充0的地方填充最近像素的像素值；
(4)填充另一面的像素值
与前两种填充类似，填充数据时将已有的点拷贝到另一面的对应位置。
中心线提取采用的时灰度重心法：灰度重心法是对光带逐行进计算，把每一行计算出的光带灰度重心的坐标作为其中心的坐标。
图像中光带在水平方向上，沿垂直于光带方向(对应图像竖直方向)，将图像第x列坐标设为(x,yi)，该列每个点坐标对应的灰度值为f(x,yi)，其中变量i＝1,2,3,...,M，M表示该列宽度。设阈值为T，将所有满足f(x,yi)＞T的i值的集合记为ROI。设该列的灰度重心为(x,yk)，yk的计算方式如下：
阈值T的设置方法有两种，一种是固定阈值，另一种是动态阈值。固定阈值是将T设置为在0～255之间的固定的值，一般情况下可设为50。动态阈值是先找出第k列最大灰度值
将
的80％(可根据实际需要调整)作为该列的阈值，记为Tk。若Tk小于某个预先设定的值(该值在0～255之间)时，则可直接得出该列找不到灰度重心；反之，则需要计算这一列的灰度重心。
中心线提取之后还可以对其进行处理，即对中心线进行滤波。中心线滤波目前提供两种方式：均值滤波和中值滤波。两种滤波方式的原理和图像滤波的原理基本相同，只是将中心线上某点(x,y)的邻域窗口大小设为i×1，用i个点的纵坐标的均值或中值代替原来的y。
计算曲率半径：获取路面线中心线坐标之后，将其拟合为一元二次方程：
Y＝a*X2+b*X+c；
并求得参数a,b,c。
获取曲线上定点处的坐标值(使用Xmax，或者Ymax视拍摄角度而定)，并通过曲率半径公式：
计算出该点的曲率半径，曲率半径反应了路面线的凹凸情况，可以作为路面平整度的判断依据。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (8)
1.一种路基路面平整度检测装置，其特征在于，包括：
在路面行驶的检测车，所述检测车用于在检测路面行驶并获取路面数据；
等间距安装在检测车底部的多个激光测距传感器，所述激光测距传感器用于测量激光测距传感器到路面的距离；
处理器，所述处理器用于对获取的激光测距传感器到路面的距离，采用贝塞尔曲线绘制系统进行处理获取平滑的曲线，对平滑的曲线，对平滑的曲线进行处理获取车辆行驶路面的平整度，当检测出平整度异常时，及时通知声光报警装置发出警报；
里程表传感器，所述里程表传感器用于计算检测车在检测时刻内的水平位移量。
2.根据权利要求1所述的一种路基路面平整度检测装置，其特征在于，所述处理器用于将一次采集时，所有的激光测距传感器采集的高度连成一条路面线，采用贝塞尔曲线绘制系统进行路面线处理获取平滑的曲线，对该条平滑的曲线进行处理，计算每个拐点的曲率半径；将拐点的曲率半径与阀值进行比较，若曲率半径大于阀值，则通知声光报警装置发出警报；若曲率半径小于阀值，则检测车继续行驶测量。
3.根据权利要求1所述的一种路基路面平整度检测装置，其特征在于，所述检测车还内置有加速度传感器；所述加速度传感器用于检测车在路面行驶过程中的振动加速度。
4.根据权利要求3所述的一种路基路面平整度检测装置，其特征在于，所述处理器根据获取的振动加速度对测量激光测距传感器到路面的距离进行求平均值处理，根据地面距离的平均值的连线获取地面线。
5.根据权利要求4所述的一种路基路面平整度检测装置，其特征在于，所述路面线依次进行中值滤波处理、均值滤波处理和边界处理。
6.一种路基路面平整度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：设置激光测距传感器工作参数；
步骤S2：监测车在待测路面行驶，激光测距传感器采集的数据发送至处理器；
步骤S3：处理器根据激光测距传感器检测的地面距离连线获取地面线；
步骤S4：采用贝塞尔曲线绘制系统进行处理获取平滑的曲线；
步骤S5：平滑的曲线进行处理，计算每个拐点的曲率半径；
步骤S6：将计算出的曲率半径依据预先设置的参考表进行比对，得出路面线的凹凸情况，来判断路面平整度是否合格。
7.根据权利要求6所述的一种路基路面平整度检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，贝塞尔曲线绘制方式至少达到四个点才开始绘制，具体绘制步骤如下：
步骤P01：集合新添加一个坐标点；
步骤P02：判断集合坐标点总数是否超过四个；
若否，则返回步骤P01；
若是，则执行步骤P03；
步骤P03：取后四个坐标点计算出三个控制点；
步骤P04：根据三个控制点计算出两个控制点；
步骤P05：根据偏移的线性关系y＝kx+b，求最终的控制点；
步骤P06：根据两个控制点和最后的坐标绘制曲线。
8.根据权利要求6所述的一种路基路面平整度检测方法，其特征在于，所述步骤S5中，获取路面线中心线坐标之后，将其拟合为一元二次方程：
Y＝a*X2+b*X+c；
并求得参数a,b,c；
获取曲线上拐点处的坐标值，并通过曲率半径公式：
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