CN211734978U - 一种无人快速综合道路检测车系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人快速综合道路检测车系统，包括车体,还包括自动驾驶单元和自动采集单元,自动驾驶单元包括摄像头、雷达、惯性导航,其中,摄像头和雷达用于感知车体周围环境,通过GPS定位装置和惯性导航使无人路检车行驶在预定的轨迹上；自动采集单元包括多个线激光器、工业CCD面阵相机、图像采集卡、车载工业控制计算机、旋转编码器、加速度传感器、GPS定位装置。该无人快速综合道路检测车系统提高道路检测的自动化水平，减少人工干预，降低劳动成本，提高监测效率和质量。

Description

一种无人快速综合道路检测车系统

技术领域：

本实用新型涉及道路检测领域，具体讲是一种无人快速综合道路检测车系统。

背景技术：

高速公路的建设推动了市场经济的迅速发展，可以说公路是国民经济发展的命脉。在经济的高速发展下，公路上行驶的车辆在不断增加，而且单车载重量也比以前增加了很多，在这样的情况下，如果没有对路面进行及时有效的保护，必然会使路面出现早期破坏，进而影响公路的正常使用以及服务水平，因此公路使用期间的日常维护工作相当重要。快速、准确地获取路面信息，搞清路面病害产生的原因，进而制定对应的维护策略，确定路段养护的优先级顺序，合理分配养护资源，制定有效的维护计划成为公路日常维护工作的主要部分。在过去，往往是公路维护工作人员根据路面的损坏状况结合自己的实际工作经验对病害作出判断，这样人为因素较多，主观性因素强。

随着路检技术的发展，逐渐出现取代人工检测的多功能道路检测车，道路检测车集成和应用了现代信息技术，在车辆正常行驶状态下，能自动完成道路路面图像、路面形状、道路设施立体图像、平整度及道路几何参数等数据采集、分析、分类与存储，很大程度上提高了路检效率。一般的道路检测车由这几部分构成：车载工控机、摄像头、点激光、线激光、光电编码器、LED曝光灯等。在道路检测车行驶的过程中，车轮带动旋转编码器转动，产生高频方波信号，通过旋转编码器触发LED大灯曝光以及摄像头拍照，在路检车行驶完一条道路之后，相机也完全采集到该道路的图像信息，之后通过图像处理的方法识别出道路上的裂缝、修补等特征，对于道路三维特征信息的采集，一种方式通过安装在衡量上的多个点激光器，可以直接采集到路面上各点到横梁的距离。另一种是采用线激光直接打在路面上，形成一条直线，在路面不平处，直线会变成曲线，通过数字图像处理的方法，可以得到道路横断面高程信息。所有的信息都是随编码器的方波有规律的进行记录，但是只采用编码器做路段定位，在路检车行驶过比较长的距离之后，在路段定位上面可能会有误差，而且行驶距离越长误差积累的也就越多，不利于路面三维特征的重建。

实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种提高道路检测的自动化水平，减少人工干预，降低劳动成本，提高监测效率和质量的无人快速综合道路检测车系统,该无人快速综合道路检测车系统可实现快速无人化作业，依靠GPS定位更加准确地采集道路信息，完成路面三维重建并分析路面病害。

本实用新型的技术解决方案是，提供一种无人快速综合道路检测车系统，包括车体,还包括自动驾驶单元和自动采集单元,

自动驾驶单元包括摄像头、雷达、惯性导航,其中,

摄像头和雷达用于感知车体周围环境,通过GPS定位装置和惯性导航使无人路检车行驶在预定的轨迹上；

自动采集单元包括多个线激光器、工业CCD面阵相机、图像采集卡、车载工业控制计算机、旋转编码器、加速度传感器、GPS定位装置,其中,

线激光器和工业CCD面阵相机被安装在车体尾部的横梁上，横梁位于车底设置,利用线激光器在路面上进行投影，并通过CCD面阵相机捕捉路面曲线；

旋转编码器安装在车体的后轮上，一方面用于记录车体沿公路行驶的里程，另一方面通过对发出的脉冲信号进行调理，触发工业CCD面阵相机对线激光器在路面上的投影进行拍照，再通过图像采集卡采集数字图像数据，由车载工业控制计算机提取数据并分析路面环境，从而获取路面高程信息；

加速度传感器安装在汽车底盘上，用于检测车体行驶过程中上下的加速度，然后通过二次积分获取路面高程信息；

GPS定位装置，用于实时监测车体在所行驶公路上的地理位置，并记录公路在实际地理坐标中的走向以及对旋转编码器所记录的里程进行校正。

采用以上结构后与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：通过在支撑架下设弧形杆，可以让婴儿床晃动。

作为优选，线激光器有16个,工业CCD面阵相机有2个。

作为优选，GPS定位装置包括分别位于车体头部和尾部的两个GPS定位天线，两个GPS定位天线沿车体长度方向在一条直线上。

作为优选，工业CCD面阵相机分别位于横梁两端且位于线激光器上方设置。

附图说明：

图1位本实用新型的无人快速综合道路检测车结构示意图。

图2为本实用新型的系统框架图。

图3为本实用新型的延长偏差法转向图。

图4为本实用新型的触发拍照图。

图5为本实用新型的三维重建效果图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明：

如图1和2所示，一种无人快速综合道路检测车系统，包括车体1,还包括自动驾驶单元和自动采集单元,

自动驾驶单元包括摄像头、雷达、惯性导航,其中,

摄像头和雷达用于感知车体周围环境,分别设置于车体周围，通过GPS定位装置和惯性导航使无人路检车行驶在预定的轨迹上；

自动采集单元包括16个线激光器、2个工业CCD面阵相机、图像采集卡、车载工业控制计算机、旋转编码器、加速度传感器、GPS定位装置,其中,

线激光器和工业CCD面阵相机被安装在车体尾部的横梁2上，横梁2位于车底设置,利用线激光器在路面上进行投影，并通过CCD面阵相机捕捉路面曲线；为配合工业CCD面阵相机，车体尾部还配设有LED曝光灯3。

旋转编码器安装在车体的后轮上，一方面用于记录车体沿公路行驶的里程，另一方面通过对发出的脉冲信号进行调理，触发工业CCD面阵相机对线激光器在路面上的投影进行拍照，再通过图像采集卡采集数字图像数据，由车载工业控制计算机提取数据并分析路面环境，从而获取路面高程信息；

加速度传感器安装在汽车底盘上，用于检测车体行驶过程中上下的加速度，然后通过二次积分获取路面高程信息；

GPS定位装置，用于实时监测车体在所行驶公路上的地理位置，并记录公路在实际地理坐标中的走向以及对旋转编码器所记录的里程进行校正。

具体的，实现自主循迹需要有提前规划好的路线轨迹，通过调整车辆的各个机构使车辆按照已有的轨迹行驶。在自主循迹的过程中，到达检测系统的定位点之后，对位置坐标进行准确记录。下面分三部分进行详细介绍。

(1)路线GPS点位采集

路线的轨迹其实就是通过连续的GPS定位点构成的曲线，在定位过程中，通过GPS定位装置，在路线上每个3米获取一个GPS定位信息，GPS定位信息包括有车辆的经纬度信息和高程信息，在一个空间直角坐标系XYZ中，对每个定位点采用(xn,yn,zn)表示，无人车辆上通常安装有两个GPS定位天线，前方一个，后方一个，前后在一条直线上，两个GPS定位天线的定位可以反映车无人车辆的航向信息。在采点的过程中，前后两个定位点的定位值分别为(xn1,yn1,zn1)和(xn2,yn2,zn2)，在路线轨迹中的定位值(xn,yn,zn)＝((xn1,yn1,zn1)+(xn2,yn2,zn2))/2。在实际控制无人车的过程中，高程信息Z很少被应用到，一般情况下道路的坡度不会特别大，在控制车辆自动转向的时候，通过X和Y方向的信息已经能够达到控制要求，因此最终的轨迹点信息表示为：(x1,y1)，(x2,y2)……(xn,yn)。

(2)检测车自主循迹

在获取到道路轨迹之后，要控制车辆沿着轨迹行驶，有许多种控制方法。这里介绍一种实际应用的延长偏差法，如图3所示。

在自主行驶过程中，无人车辆上的前后两个GPS点形成一条笔直的线段，该线段沿着车辆的行驶方向向前延长一定的距离之后，与前方的定位点在X方向和Y方向都由一定的偏差，这一个偏差量可以作为控制无人车转向的主要变量，根据偏差量的方向可以决定左右转向。

目前的无人驾驶试验车基本上都是通过对车辆本身的转向系统进行改造，通常的改造方式为加装大扭矩的舵机控制方向，因此在自主循迹过程中，主要就是根据延长偏差实现对转向舵机的控制，通过PID闭环调节实现舵机平稳打舵，使车辆沿着指定的轨迹自主驾驶。通过雷达和摄像头识别并躲避障碍。

(3)路检系统采集定位

检测车在采集路面信息时，同样需要GPS定位，在检测系统中GPS定位装置主要起到一个校对和记录位置信息的作用。在自主循迹时候，每隔3米就需要采集一个GPS点位，在道路信息采集的中，每隔1千米做一个GPS位置记录和校核。在相邻的两个GPS定位点之间，路段里程的记录通过旋转编码器来记录。本次设计中采用的是512线编码器，转动一圈有512个脉冲，编码器同检测车轮一起转动，根据后轮半径可以计算出行驶过的准确距离。

二、检测车信息采集

(1)路面图像采集

工业CCD面阵相机被安装在车尾横梁上，位置在线激光器的上方，工业CCD面阵相机A和工业CCD面阵相机B分别安装在车尾左右，不间断地对路面激光曲线进行拍照。两个工业CCD面阵相机组合一方面可以保证检测宽度达到要求，另一方面可以提高采集精度。相机的拍照是由旋转编码器来触发的，所拍的道路路面设计的步长为5米，即检测车每行驶5米，编码器触发工业CCD面阵相机拍一次照片。车轮半径为r，经过n个脉冲触发一次，n满足：n＝512*5/2πr，编码器触发工业CCD面阵相机效果如图4所示。

工业CCD面阵相机采集图像后通过图像采集卡将数字图像数据传递给工业控制计算机，由工业控制计算机对图像进行分析处理，通过标定将图像信息还原到实际道路中，即路面三维重建中X轴和Z轴方向的数据。曲线在工业CCD面阵相机中各点的坐标与实际坐标中存在X轴和Y轴的两个比例系数，在做标定的过程中可以算出这两个比例系数，用来还原实际坐标。

(2)路面三维重建

在检测车开动后，旋转编码器就开始进行计数，记录检测车后轮转过的圈数，进而可以计算出检测车行驶过的里程，即汽车沿前进方向轨迹所走过的距离。GPS记录公路走向并每一千米做一次定位校核。

安装在检测车上的加速度传感器主要是为了实时获得检测车在Z轴方向的加速度，将所行驶过的里程均匀地插入到GPS记录的公路走向中，以初始时刻的高程作为高程零点，相邻的GPS定位点中间的路面高度差根据加速度传感器获得的加速度对时间二次积分获得。依据以上数据重建路面三维模型，如图5所示。

三、路面病害分析

完成路面三维模型后，依据路面特征对路面病害进行简单归类：

(1)如果三维模型中某处路面Z轴方向高程值相对较低，且顺着X轴或Y轴方向有一定程度的延伸，则判断出该处路面有横向裂缝或纵向裂缝；

(2)如果三维模型中某处路面Z轴方向高程值相对较低，且在X轴方向和Y轴方向都有一定程度的扩展，则判断出该处路面有坑槽或凹陷；

(3)如果三维模型中某处路面Z轴方向高程值相对较高，且在X轴方向和Y轴方向都有一定程度的扩展，则判断出该处路面有凸起或拥包；

(4)如果三维模型中某处路面Z轴方向高程值相对较低，且呈带状并顺着Y轴方向有一定程度延伸，则判断出该处路面有车辙；

(5)如果三维模型中某处路面Z轴方向高程值较低的点一起围成很多个不规则的多边形，则判断出该处路面有网裂。

按照分类原则，通过图像处理分析获取道路状况，进而制定有效的保护措施。

上仅就本实用新型较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。凡是利用本实用新型说明书及附图内容所做的等效结构或等效流程变换，均包括在本实用新型的专利保护范围之内。

Claims (4)

1.一种无人快速综合道路检测车系统，包括车体,其特征在于：还包括自动驾驶单元和自动采集单元，

自动驾驶单元包括摄像头、雷达、惯性导航,其中,

摄像头和雷达用于感知车体周围环境,通过GPS定位装置和惯性导航使无人路检车行驶在预定的轨迹上；

自动采集单元包括多个线激光器、工业CCD面阵相机、图像采集卡、车载工业控制计算机、旋转编码器、加速度传感器、GPS定位装置,其中,

线激光器和工业CCD面阵相机被安装在车体尾部的横梁上，横梁位于车底设置,利用线激光器在路面上进行投影，并通过CCD面阵相机捕捉路面曲线；

旋转编码器安装在车体的后轮上，一方面用于记录车体沿公路行驶的里程，另一方面通过对发出的脉冲信号进行调理，触发工业CCD面阵相机对线激光器在路面上的投影进行拍照，再通过图像采集卡采集数字图像数据，由车载工业控制计算机提取数据并分析路面环境，从而获取路面高程信息；

加速度传感器安装在汽车底盘上，用于检测车体行驶过程中上下的加速度，然后通过二次积分获取路面高程信息；

GPS定位装置，用于实时监测车体在所行驶公路上的地理位置，并记录公路在实际地理坐标中的走向以及对旋转编码器所记录的里程进行校正。

2.根据权利要求1所述的无人快速综合道路检测车系统，其特征在于：线激光器有16个,工业CCD面阵相机有2个。

3.根据权利要求1所述的无人快速综合道路检测车系统，其特征在于：GPS定位装置包括分别位于车体头部和尾部的两个GPS定位天线，两个GPS定位天线沿车体长度方向在一条直线上。

4.根据权利要求1所述的无人快速综合道路检测车系统，其特征在于：工业CCD面阵相机分别位于横梁两端且位于线激光器上方设置。

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