CN116240777A - 一种路面平整度评估装置及方法 - Google Patents

一种路面平整度评估装置及方法 Download PDF

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肖纪春
曹铁
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Abstract

本发明公开了一种路面平整度评估装置，包括线激光器、3D相机、编码器、相机支架和平板电脑，线激光器和3D相机均通过相机支架安装在压路机的后端，压路机的行驶轮上安装有编码器，编码器用于向3D相机发射脉冲信号，且3D相机和线激光器均与平板电脑电连接，还公开了一种路面平整度评估方法。本发明的有益效果是：相比于人工三米直尺法抽样，该方案可以以单剖面长度为间隔采样评估，实现全路段连续评估，从而使现场工作人员可立即对不平整路段进行现场整改，保障施工质量，提升工作效率，具有很强的工程应用价值。

Description

一种路面平整度评估装置及方法
技术领域
本发明涉及路面平整度评估技术领域，特别是一种路面平整度评估装置及方法。
背景技术
路面平整度是压路机碾压过程中的重要控制指标，评价路面平整度的方法包括三米直尺法、激光平整度仪连续测量法。其中激光平整度仪连续测量法需牵引设备速度大于30km/h以上，而压路机碾压速度通常低于5km/h，该方法无法与压路机集成应用。因此在路面碾压工程中，工程师通常以目视检查或三米直尺法抽检评估路面碾压平整度，存在效率低、精度差、覆盖率不高的问题，容易导致不平整部位在施工过程中未被检出而不能及时整改，从而在交竣工验收出现平整度不合格的问题，造成质量问题，严重影响施工企业的经济效益。经过发明人长期研究，发明了一种路面平整度评估装置及方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种路面平整度评估装置及方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种路面平整度评估装置，包括线激光器、3D相机、编码器、相机支架和平板电脑，线激光器和3D相机均通过相机支架安装在压路机的后端，压路机的行驶轮上安装有编码器，编码器用于向3D相机发射脉冲信号，且3D相机和线激光器均与平板电脑电连接。
优选的，线激光器的发射端竖直向下安装，3D相机与线激光器之间有一夹角。
优选的，线激光器的发射端与3D相机的发射端等高。
一种路面平整度评估方法，包括上述的一种路面平整度评估装置，还包括以下步骤：
S1：当压路机往前运行时，每隔N个脉冲信号触发3D相机采集一帧数据，并记录该帧数据的里程位置，第h帧数据代表里程位置为s*h，
Figure BDA0004063789610000011
其中，π为圆周率，s为各帧数据间的纵向采样间隔，n为编码器转动一圈的脉冲数，R为压路机行驶轮直径，floor代表向上取整方法，3D相机将各帧数据通过网线传输给平板电脑；
S2：第h帧数据依次高度为一维数组y＝[y1 y2 … yn]，n为剖面点数量，y的单元为m，遍历全部yi，获取最大极值MAX1和第二极值MAX2，以及所对应序号k1，l2；
S3：根据(k1,MAX1)，(l2,MAX2)求取路平面直线L；
S4：遍历全部yi，计算yi与直线L的垂直距离Di；
S5：求取垂直距离最大值max(Di)；
S6：当max(Di)>threshold时，判定为该帧数据所对应的区段平整度不达标，其中threshold为根据工程需要设置的路面平整度阈值；
S7：当压路机完成一趟碾压后，平板电脑按里程绘制每帧数据的max(Di)呈现平整度趋势，并将不达标区段标红提示。
优选的，3D相机和线激光器的夹角θ为，
Figure BDA0004063789610000021
其中D为3D相机镜头端部与线激光器发射端部水平距离，H为线激光器发射端距离地面高度。
优选的，步骤S2中，还包括以下步骤：
S21：
{M}＝find(diff(sign(diff(y)))＝＝-2)+1；
其中diff为序列中相邻点之差，sign为正负值得逻辑判断值，为正时赋值1，为负时赋值-1，find为在数组中查找等于该值的序号数组，{M}为在数组y中的极值序号，共j个；
S22：在y中挑选序号为{M}的数据重新组成数组{yk}，其中k＝M1、M2、…Mj，在{yk}中求取MAX1和对应的序号k1；
S23：去除{yk}中的最大max(yi)，构建新数组{yl}，其中l＝M1、M2、…、k1-1、k1+1、…、Mj，在{yl}中求取MAX2和对应的序号l2。
优选的，步骤S3中，根据(k1,MAX1)，(l2,MAX2)求取路平面直线L的公式为：
Figure BDA0004063789610000022
优选的，步骤S4中，遍历全部yi，计算yi与直线L的垂直距离Di的公式为：
Figure BDA0004063789610000023
其中，abs代表取绝对值。
优选的，步骤S7中，以里程s*h为横坐标，每处里程处的平整度评估值max(Di)h为纵坐标，以柱形图方式绘制全部测试里程段。
本发明具有以下优点：本发明相比于人工三米直尺法抽样，该方案可以以单剖面长度为间隔采样评估，实现全路段连续评估，从而使现场工作人员可立即对不平整路段进行现场整改，保障施工质量，提升工作效率，具有很强的工程应用价值。
附图说明
图1为路面平整度评估装置的结构示意图；
图2为3D相机单帧剖面数据的结构示意图；
图3为3D相机单帧平整度评价的结构示意图；
图4为全路段碾压平整度评价结果的结构示意图；
图中，1-3D相机，2-线激光器，3-相机支架，4-平板电脑，5-编码器。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，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他实施方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本实施例中，如图1所示，一种路面平整度评估装置，包括线激光器2、3D相机1、编码器5、相机支架3和平板电脑4，线激光器2和3D相机1均通过相机支架3安装在压路机的后端，压路机的行驶轮上安装有编码器5，编码器5用于向3D相机1发射脉冲信号，且3D相机1和线激光器2均与平板电脑4电连接。进一步的，线激光器2的发射端竖直向下安装，3D相机1与线激光器2之间有一夹角。具体地说，3D相机1和线激光器2的夹角θ为，
Figure BDA0004063789610000041
其中D为3D相机1镜头端部与线激光器2发射端部水平距离，H为线激光器2发射端距离地面高度。再进一步的，线激光器2的发射端与3D相机1的发射端等高。在本实施例中，H为3米，D为0.25米，θ为4.76°。
在本实施例中，如图2和图3所示，一种路面平整度评估方法，包括上述的一种路面平整度评估装置，还包括以下步骤：
S1：当压路机往前运行时，每隔N个脉冲信号触发3D相机1采集一帧数据，并记录该帧数据的里程位置，第h帧数据代表里程位置为s*h，
Figure BDA0004063789610000042
其中，π为圆周率，s为各帧数据间的纵向采样间隔，n为编码器转动一圈的脉冲数，R为压路机行驶轮直径，floor代表向上取整方法，3D相机1将各帧数据通过网线传输给平板电脑4；具体地说，s为各帧数据间的纵向采样间隔，可以通过工作人员根据实际情况进行设定，在本实施例中，N为2000，s为3米，R为1米。
S2：第h帧数据依次高度为一维数组y＝[y1 y2 … yn]，n为剖面点数量，y的单元为m，遍历全部yi，获取最大极值MAX1和第二极值MAX2，以及所对应序号k1，l2；
S3：根据(k1,MAX1)，(l2,MAX2)求取路平面直线L；
S4：遍历全部yi，计算yi与直线L的垂直距离Di；具体地说，i＝1、2、……、n。
S5：求取垂直距离最大值max(Di)；
S6：当max(Di)>threshold时，判定为该帧数据所对应的区段平整度不达标，其中threshold为根据工程需要设置的路面平整度阈值；具体地说，threshold为0.05米。
S7：当压路机完成一趟碾压后，平板电脑4按里程绘制每帧数据的max(Di)呈现平整度趋势，并将不达标区段标红提示。相比于人工三米直尺法抽样，该方案可以以单剖面长度为间隔采样评估，实现全路段连续评估，从而使现场工作人员可立即对不平整路段进行现场整改，保障施工质量，提升工作效率。在本实施例中，步骤S5中，求取垂直距离最大值max(Di)是采用常规数学算法实现，相当于数组里面的数取最大值，这里并未对其改进，就不再进行赘述。
进一步的，步骤S2中，还包括以下步骤：
S21：
{M}＝find(diff(sign(diff(y)))＝＝-2)+1；
其中diff为序列中相邻点之差，sign为正负值得逻辑判断值，为正时赋值1，为负时赋值-1，find为在数组中查找等于该值的序号数组，{M}为在数组y中的极值序号，共j个；
S22：在y中挑选序号为{M}的数据重新组成数组{yk}，其中k＝M1、M2、…Mj，在{yk}中求取MAX1和对应的序号k1；
S23：去除{yk}中的最大max(yi)，构建新数组{yl}，其中l＝M1、M2、…、k1-1、k1+1、…、Mj，在{yl}中求取MAX2和对应的序号l2。具体地说，在{yk}中求取MAX1和在{yl}中求取MAX2均采用常规数学算法实现，相当于数组里面的数取最大值，这里并未对其改进，就不再进行赘述。
再进一步的，步骤S3中，根据(k1,MAX1)，(l2,MAX2)求取路平面直线L的公式为：
Figure BDA0004063789610000051
在本实施例中，步骤S4中，遍历全部yi，计算yi与直线L的垂直距离Di的公式为：
Figure BDA0004063789610000052
其中，abs代表取绝对值。
进一步的，如图4所示，步骤S7中，以里程s*h为横坐标，每处里程处的平整度评估值max(Di)h为纵坐标，以柱形图方式绘制全部测试里程段。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种路面平整度评估装置，其特征在于：包括线激光器(2)、3D相机(1)、编码器(5)、相机支架(3)和平板电脑(4)，所述线激光器(2)和所述3D相机(1)均通过所述相机支架(3)安装在压路机的后端，所述压路机的行驶轮上安装有所述编码器(5)，所述编码器(5)用于向所述3D相机(1)发射脉冲信号，且所述3D相机(1)和所述线激光器(2)均与所述平板电脑(4)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种路面平整度评估装置，其特征在于：所述线激光器(2)的发射端竖直向下安装，所述3D相机(1)与所述线激光器(2)之间有一夹角。
3.根据权利要求2所述的一种路面平整度评估装置，其特征在于：所述线激光器(2)的发射端与所述3D相机(1)的发射端等高。
4.一种路面平整度评估方法，包括权利要求1～3任意一项所述的一种路面平整度评估装置，其特征在于：还包括以下步骤：
S1：当压路机往前运行时，每隔N个脉冲信号触发所述3D相机(1)采集一帧数据，并记录该帧数据的里程位置，第h帧数据代表里程位置为s*h，
Figure FDA0004063789600000011
其中，π为圆周率，s为各帧数据间的纵向采样间隔，n为编码器转动一圈的脉冲数，R为压路机行驶轮直径，floor代表向上取整方法，所述3D相机(1)将各帧数据通过网线传输给所述平板电脑(4)；
S2：第h帧数据依次高度为一维数组y＝[y1 y2 … yn]，n为剖面点数量，y的单元为m，遍历全部yi，获取最大极值MAX1和第二极值MAX2，以及所对应序号k1，l2；
S3：根据(k1，MAX1)，(l2，MAX2)求取路平面直线L；
S4：遍历全部yi，计算yi与直线L的垂直距离Di；
S5：求取垂直距离最大值max(Di)；
S6：当max(Di)＞threshold时，判定为该帧数据所对应的区段平整度不达标，其中threshold为根据工程需要设置的路面平整度阈值；
S7：当压路机完成一趟碾压后，所述平板电脑(4)按里程绘制每帧数据的max(Di)呈现平整度趋势，并将不达标区段标红提示。
5.根据权利要求4所述的一种路面平整度评估方法，其特征在于：所述3D相机(1)和所述线激光器(2)的夹角θ为，
Figure FDA0004063789600000012
其中D为所述3D相机(1)镜头端部与所述线激光器(2)发射端部水平距离，H为所述线激光器(2)发射端距离地面高度。
6.根据权利要求5所述的一种路面平整度评估方法，其特征在于：所述步骤S2中，还包括以下步骤：
S21：
{M}＝find(diff(sign(diff(y)))＝＝-2)+1；
其中diff为序列中相邻点之差，sign为正负值得逻辑判断值，为正时赋值1，为负时赋值-1，find为在数组中查找等于该值的序号数组，{M}为在数组y中的极值序号，共j个；
S22：在y中挑选序号为{M}的数据重新组成数组{yk}，其中k＝M1、M2、…Mj，在{yk}中求取MAX1和对应的序号k1；
S23：去除{yk}中的最大max(yi)，构建新数组{yl}，其中l＝M1、M2、…、k1-1、k1+1、…、Mj，在{yl}中求取MAX2和对应的序号l2。
7.根据权利要求6所述的一种路面平整度评估方法，其特征在于：所述步骤S3中，根据(k1，MAXi)，(l2，MAX2)求取路平面直线L的公式为：
Figure FDA0004063789600000021
8.根据权利要求7所述的一种路面平整度评估方法，其特征在于：所述步骤S4中，遍历全部yi，计算yi与直线L的垂直距离Di的公式为：
Figure FDA0004063789600000022
其中，abs代表取绝对值。
9.根据权利要求8所述的一种路面平整度评估方法，其特征在于：所述步骤S7中，以里程s*h为横坐标，每处里程处的平整度评估值max(Di)h为纵坐标，以柱形图方式绘制全部测试里程段。
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