NL1033219C2 - Inrichting voor het bepalen van een dwarsprofiel van een wegdek. - Google Patents

Description

%

INRICHTING VOOR HET BEPALEN VAN EEN DWARSPROFIEL VAN EEN WEGDEK

De uitvinding betreft een inrichting voor het bepalen van een profiel van een bodemoppervlak, bijvoorbeeld het dwarsprofiel van een wegdek, tenminste omvattend meetmiddelen voor het langs een bepaalde afstand van een bodemoppervlak 5 genereren van actuele waarden voor de hoogte en de positie van een aantal punten van dat bodemoppervlak ten opzichte van een bepaald referentiepunt, welke meetmiddelen omvatten een in een meetpunt boven het bodemoppervlak plaatsbare laserlichtbron die is ingericht voor het genereren van een 10 zich over genoemde bepaalde afstand van het bodemoppervlak bewegende laserstraal, sensormiddelen voor het detecteren van de door het bodemoppervlak naar het meetpunt gereflecteerde laserstraal, afstandmeetmiddelen voor het bepalen van de door 15 genoemde laserstraal tussen de laserlichtbron en het bodemoppervlak afgelegde afstand, alsmede verwerkingsmiddelen voor het uit signalen van de laserlichtbron, de sensormiddelen en de tijdmeetmiddelen genereren van actuele waarden voor de hoogte (Zj, Zj + i) en de 20 positie (Yj, Yj+i) van een aantal punten van dat bodemoppervlak ten opzichte van het meetpunt.

Een dergelijke inrichting is bekend uit het Nederlandse octrooi NL-C-1009364. Deze bekende inrichting wordt toegepast tijdens het aanbrengen van een nieuwe deklaag van 25 bijvoorbeeld asfalt of asfaltbeton, waarbij continu op een bepaalde plaats langs de breedte van een wegdek het actuele langsprofiel van dat wegdek wordt bepaald en wordt vergeleken met een gewenst langsprofiel. De laserlichtbron genereert bijvoorbeeld een over een bepaald hoekbereik scannende, 30 gepulste laserstraal, die het bodemoppervlak treft, gereflecteerd wordt en door de sensormiddelen gedetecteerd wordt, waarbij de looptijd direct evenredig is met de afstand tussen lichtbron en punt op het bodemoppervlak. De positie 1033219 > \ 2 van het punt op het bodemoppervlak kan ten opzichte van de laserlichtbron (het meetpunt) nauwkeurig worden bepaald uit de hoek waaronder de laserstraal werd uitgezonden en de bepaalde afstand. Met de bekende profielmeetinrichting is het 5 mogelijk het profiel van een bodemoppervlak op contactloze wijze te meten, en voor ieder punt op dat bodemoppervlak een gewenste hoogte te bepalen die wordt bepaald door de actuele hoogte van dat punt en van een groot aantal nabijgelegen punten op dat bodemoppervlak, waarbij de gewenste hoogte geen 10 absolute waarde heeft, maar steeds wordt bepaald ten opzichte van het meetpunt, in casu de positie van de laserlichtbron.

Het is een bezwaar van de bekende profielmeetinrichting dat deze niet geschikt is voor het bepalen van een absoluut dwarsprofiel van een wegdek, dat wil zeggen de absolute 15 hoogte van een aantal elkaar in dwarsrichting opeenvolgende punten van dat wegdek.

Voor het bepalen van een absoluut dwarsprofiel is vereist dat men beschikt over informatie over de absolute hoogte van het punt van waaruit men het dwarsprofiel meet, 20 het meetpunt. Volgens een bekende meetwijze wordt de hoogte van een meetpunt bepaald met behulp van een in dat meetpunt op een driepoot geplaatste kijker, die achtereenvolgens wordt gericht op een drietal referentieobjecten. Een referentieobjeet wordt bijvoorbeeld gevormd door een prisma, 25 dat op welgedefineerde hoogte is geplaatst op een referentiepunt waarvan de absolute hoogte volgens een op zich bekende geodetische werkwijze is bepaald. Uit de stand en de richting van de kijker met betrekking tot de referentieobjecten kan de absolute hoogte van het meetpunt 30 worden bepaald.

De bekende wijze van bepalen van een dwarsprofiel is omslachtig, bijzonder arbeidsintensief en daarmee duur. De bekende wijze van bepalen brengt bovendien het nadeel met zich mee dat hiervoor het verkeer op de betreffende weg moet 35 worden stilgelegd, wat resulteert in vertragingen en filevorming en derhalve in economische schade.

Het is een doel van de uitvinding een inrichting te 3 verschaffen voor het op snelle, doelmatige en kostenbesparende wij ze bepalen van een profiel van een bodemoppervlak. Een dergelijke inrichting dient toepasbaar te zijn voor het bepalen van een dwarsprofiel van een wegdek, 5 zonder de noodzaak om bij toepassing daarvan het wegverkeer stil te leggen.

Deze doelen worden bereikt, en andere voordelen worden behaald, met een inrichting van het in de aanhef omschreven type, waarbij overeenkomstig de uitvinding de meetmiddelen 10 verder omvatten een ter plaatse van het referentiepunt plaatsbare reflectorinrichting voor het verschaffen van een ten opzichte van het referentiepunt welgedefinieerd, de laserstraal reflecterend oppervlak.

Doordat het reflecterende oppervlak in een 15 reflectorinrichting volgens de uitvinding ten opzichte van een referentiepunt welgedefinieerd is, is het mogelijk uit de gemeten coördinaten van ten minste twee reflecterende punten op het reflecterende oppervlak de hoogte ten opzichte van en de afstand van de laserlichtbron tot het referentiepunt af te 20 leiden, en aldus de coördinaten van de laserlichtbron uit te drukken in een ten opzichte van het referentiepunt vast coördinatenstelsel. Een met behulp van de inrichting door de laserlichtbron bepaald profiel van een bodemoppervlak, bijvoorbeeld het dwarsprofiel van een wegdek, kan aldus 25 worden uitgedrukt in termen van het vaste coördinatenstelsel, waarmee de absolute hoogte van dat oppervlak kan worden bepaald voor een groot aantal punten die zijn gelegen op een door de laserstraal te beschrijven lijn.

Doordat een laserlichtbron in een inrichting volgens de 30 uitvinding vanaf één meetpunt een grote afstand van een te meten oppervlak kan bestrijken, is het bij een dwarsprofielmeting van een wegdek mogelijk de inrichting naast dat wegdek, althans naast de rijbanen daarvan te plaatsen. Voorts is het mogelijk een referentiepunt naast die 35 rijbanen te kiezen. Beide keuzemogelijkheden impliceren de mogelijkheid een dwarsprofielmeting van een wegdek uit te voeren zonder de noodzaak dat wegdek, althans de rijbanen 4 daarop, worden bezet door meetapparatuur of worden betreden door bedieningspersoneel. Een en ander betekent dat het op eenvoudige wijze mogelijk is met een inrichting volgens de uitvinding een dwarsprofielmeting van een wegdek uit te 5 voeren, zonder dat daarvoor het verkeer op dat wegdek volledig behoeft te worden stilgelegd.

Het welgedefinieerde oppervlak is in beginsel ieder oppervlak dat geschikt is om een opvallende laserstraal te reflecteren, en dat zodanig is ingericht of is vorm gegeven 10 dat de plaats waarop de laserstraal wordt gereflecteerd eenduidig te relateren is aan het referentiepunt.

Het reflecterende oppervlak wordt bijvoorbeeld gevormd door een door de laserlichtbundel af te tasten streepjescode.

In een uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de 15 uitvinding, waarbij de laserlichtbron is ingericht voor het in één bewegingsvlak bewegen van de laserstraal, wordt het reflecterende oppervlak gevormd door althans een deel van het buitenoppervlak van een langwerpig lichaam met een welgedefinieerde dwarsdoorsnede, welk lichaam zich dwars op 20 het bewegingsvlak van de laserstraal uitstrekt.

Indien een dergelijk langwerpig reflecterend oppervlak op een referentiepunt naast en evenwijdig aan een rijbaan wordt geplaatst, wordt de nauwkeurigheid in de plaatsing van de laserlichtbron langs dat wegdek bepaald door de lengte van 25 het reflecterende oppervlak, en is het bijvoorbeeld mogelijk de laserlichtbron op een voertuig te plaatsen, dat langs de rijbaan, bijvoorbeeld op een vluchtstrook, van meetpunt tot meetpunt wordt voortbewogen.

In een bijzonder voordelige uitvoeringsvorm van een 30 dergelijke inrichting volgens de uitvinding is het langwerpige lichaam een cilinder. Een cilindervormig reflectoroppervlak biedt het voordeel dat dit op eenvoudige wijze en tegen geringe kosten te vervaardigen is.

Opgemerkt zij dat een althans ten dele cilindervormig 35 langwerpige reflecterend oppervlak bijzonder voordelig is, maar dat in beginsel ieder welgedefinieerd oppervlak geschikt is te worden toegepast als de laserstraal reflecterend 5 oppervlak.

Bijvoorbeeld vertoont het buitenoppervlak van het langwerpige lichaam in een dwarsdoorsnede een ellipsvorm.

In een uitvoeringsvorm van een reflectorinrichting met 5 een langwerpig lichaam is het langwerpige lichaam aan ten minste een van zijn uiteinden voorzien van ten minste een de laserstraal reflecterend element waarvan de reflectiecoëfficiënt of het uiterlijk verschilt van respectievelijk de reflectiecoëfficiënt of het uiterlijk van 10 het reflecterende oppervlak.

Een dergelijk reflecterend element is in de praktijk van belang bij het bepalen van de juiste plaats voor een op een voertuig geplaatste laserlichtbron. Hiertoe wordt bijvoorbeeld bij het naderen van het meetpunt met een 15 bepaalde snelheid van het voertuig een in een verticaal vlak dwars op de bewegingsrichting van het voertuig bewegende laserstraal uitgezonden, en wordt de sterkte van het gereflecteerde signaal gemeten. Indien de laserstraal niet op de reflectorinrichting valt is de gereflecteerde straal a-20 specifiek, zodra de laserstraal op het reflectorelement valt is de gereflecteerde straal specifiek voor het reflectorelement, hetgeen bijvoorbeeld kenbaar is uit de intensiteit van de gereflecteerde straal of het uit die straal afgeleide profiel van het reflecterende element, en 25 weet de bedieningspersoon dat de meetinrichting de plaats van het meetpunt is genaderd. Op dit moment wordt de snelheid van het voertuig verminderd, totdat de laserstraal op het reflecterende oppervlak valt, waarbij de gereflecteerde straal specifiek is voor het reflecterende oppervlak, hetgeen 30 bijvoorbeeld kenbaar is uit de intensiteit van de gereflecteerde straal of het uit die straal afgeleide profiel van het reflecterende oppervlak, en het voertuig wordt stilgezet voor het uitvoering van de meting van het dwarsprofiel van het wegdek.

35 In een voordelige uitvoeringvorm van een inrichting volgens de uitvinding omvatten de meetmiddelen verder een hellingshoekmeter.

6

Een hellingshoekmeter biedt de mogelijkheid de met de inrichting bepaalde waarden voor het profiel te corrigeren in situaties waarin de laserlichtbron, die zich op enige hoogte boven het betreffende bodemoppervlak bevindt, als gevolg van 5 een schuin verloop van dat oppervlak of een oneffenheid niet loodrecht boven het beoogde meetpunt op het bodemoppervlak staat. Een hellingshoekmeter is op zich bekend, bijvoorbeeld in de vorm van een elektronisch waterpas.

In weer een praktisch voordelige uitvoeringsvorm, die 10 het mogelijk maakt een dwarsprofielmeting van een wegdek uit te voeren, zonder dat daarvoor het verkeer op dat wegdek behoeft te worden stilgelegd, zijn de verwerkingsmiddelen ingericht voor het verwerpen van een actuele waarde voor de hoogte (Zj, Zj+1) indien die actuele waarde een vooraf 15 bepaalde drempelwaarde overschrijdt. Dergelijke ongewenste actuele waarden, die bijvoorbeeld worden verkregen als de laserstraal op een toevallig passerend voertuig en niet op het wegdek reflecteert, kunnen volgens op zich bekende wijze met behulp van de verwerkingsmiddelen worden uitgefilterd.

20 De uitvinding zal in het volgende worden toegelicht aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden, onder verwijzing naar de tekeningen.

In de tekeningen tonen

Fig. 1 in een perspectivische weergave een deel van een 25 wegdek waarop door middel van markeringslijnen een rijbaan is aangegeven,

Fig. 2 het in fig. 1 getoonde wegdek in dwarsprofiel met daarop in een sterk vereenvoudigde schematische weergave een uitvoeringsvorm van een meetinrichting volgens de uitvinding, 30 voor het meten van het dwarsprofiel,

Fig. 3 in perspectivische weergave de reflector van de in fig. 2 getoonde meetinrichting, met een eerste uitvoeringsvorm van een langwerpig lichaam met reflecterend oppervlak, 35 Fig. 4 een tweede uitvoeringsvorm van een reflector met een tweede uitvoeringsvorm van een langwerpig lichaam met reflecterend oppervlak, 7

Fig. 5 de in fig. 3 en 4 getoonde reflector in een doorsnede dwars op het langwerpige lichaam, en

Fig. 6a,b in een bovenaanzicht het in fig. 1 getoonde wegdekdeel met een voertuig waarop de meetinrichting is 5 geplaatst.

In de figuren worden overeenkomstige onderdelen aangeduid met dezelfde verwijzingsgetallen.

Fig. 1 toont een wegdek met punten 7, 8, 9, 10, 11 op een lijn 12 dwars op de rijbaan, waarvan de hoogte moet 10 worden bepaald. De punten 7, 9, 8, 11 en 10 liggen respectievelijk op de rechter en linker ononderbroken markeringslijn, de onderbroken middenlijn en op de rechter en linker kantverharding. Buiten de rijbaan zijn (op de vluchtstrook) referentiepunten 5 aangegeven. De 15 referentiepunten 5 zijn punten waarvan de absolute hoogte en positie vooraf zijn bepaald; de dwarslijnen 12 strekken zich vanaf deze referentiepunten 5 uit. De figuur toont voorts een carthesisch coördinatenstelsel Χ,Υ,Ζ, waarbij de X- en de Y-richting evenwijdig en loodrecht op de rijbaan zijn gekozen, 20 en Z de hoogte van een punt representeert.

Fig. 2 toont een dwarsprofiel 12 met daarop een voertuig 18 waarop een profielmeetinrichting met laserlichtbron 1 en hellingshoekmeter 2 is geplaatst. Laserlichtbron 1 is een lasermeetsysteem dat een gepulste infrarode laserlichtstraal 25 3 uitzendt die met behulp van een roterende spiegel met stappen van bijvoorbeeld 0,25° over een hoek van bijvoorbeeld 100° tot 180° over het wegdek 12 wordt gezwenkt. Een in de laserscanner 1 ingebouwde sensor detecteert het door het wegdek 12 teruggereflecteerde gedeelte van een laserstraal 3. 30 Uit de looptijd kan de afstand van de scanner 1 tot een punt i op het wegdek 12 berekend worden, uit welke afstand, de scanhoek en de door de hellingshoekmeter 2 gemeten hellingshoek vervolgens de relatieve afstand Yx en de relatieve hoogte Zi van het punt i berekend kunnen worden.

35 Door ook de relatieve afstand tot en de hoogte van een referentieobjeet 4 te meten kunnen uit de relatieve waarden voor plaats en hoogte van de gemeten punten de absolute 8 waarden van het dwarsprofiel 12 worden bepaald, zoals hieronder bij de beschrijving van fig. 4 nader zal worden toegelicht. Op eenvoudige wijze is in te zien dat een scanner 1 op een hoogte van bijvoorbeeld 2,5 m boven het wegdek 12 5 bij een scanbereik van 150° (75° in achterwaartse en 75° in voorwaartse richting) een afstand met een lengte van ca. 18,6 m over het wegdek bestrijkt.

Fig. 3 toont een reflector 4 met een holle cilinder 22 met reflecterend oppervlak op een voet 23. Aan een uiteinde 10 van de cilinder 22 is een hol reflectorelement 24 aangebracht. Indien een dergelijke reflector 4 op een referentiepunt 5 wordt geplaatst met zijn cilinderas evenwijdig aan een rechter belijning van een rijbaan, zoals weergegeven in figuren 2 en 3, wordt een naar de laserbron 1 15 gericht cirkeldeel (weergegeven met streeplijn - - - ) op de omtrek van het reflectorlichaam 22 door een in een verticaal vlak scannende laserstraal uit een op dwarslijn 12 geplaatste laserlichtbron belicht, en kan uit de reflectie van de laserstraal op twee punten A, B op het cilinderoppervlak de 20 exacte positie van die punten ten opzichte van het middelpunt M van de cilinder worden berekend.

Fig. 4 toont een reflector 26 met een cilinder 22 met reflecterend oppervlak op een voet 23. Aan de elk van de uiteinden van de cilinder 22 is een cilindrisch 25 reflectorelement 25 aangebracht. De diameter van de cilindrische elementen 25 is kleiner van de diameter van de cilinder 22.

Fig. 5 toont de doorsnede door het cilinderlichaam van de reflectoren 4, 26 volgens de lijn V-V uit fig. 3 en fig.

30 4. Met behulp van elementaire goniometrische berekeningen aan de driehoek ABM en kunnen de coördinaten van A(Ay, Az) en B (By, Bz) als volgt worden gerelateerd aan de coördinaten M(My, Mz) en de buitenste straal r (16) van de cilindermantel: 35 9 «, ik.S'hr-ib-‘,r--s,f p _, *· -^ * °-)+^ ~-u ~ bJ ~iU·κ7 ν(,-Ιό .ί· 8j

Met behulp van deze relaties kunnen de coördinaten van de laserlichtbron 1, en daarmee de coördinaten van het gemeten dwarsprofiel 12, worden gerelateerd aan de 5 coördinaten M(My, Mz) . Doordat de hoogte 17 van het middelpunt M ten opzichte van het referentiepunt 5 een bekende constante waarde heeft, kunnen de coördinaten van het dwarsprofiel worden gerepresenteerd in een coördinatenstelsel dat direct is vastgelegd door het referentiepunt 5, waarvan 10 de absolute hoogte en positie bekend zijn.

Fig. 6a toont in een bovenaanzicht het in fig. 1 getoonde wegdekdeel met een voertuig 18 waarop de meetinrichting is geplaatst, fig. 6b toont de plaatsing van het meetvoertuig 18 in meer detail. Het voertuig 18 is op de 15 vluchtstrook juist buiten de rechter markeringslijn 7 geplaatst. Tijdens het voortbewegen van het voertuig 18 van een meetpunt 5 tot een volgens meetpunt 5 wordt met behulp van een op zich bekende rij-pen 15 de markeringslijn 7 afgetast, zodat het voertuig 18 steeds evenwijdig aan de 20 rijbaan gericht is, en de laserscanner 1 steeds dwars op die rijbaan gericht is.

Opgemerkt zij dat het hierboven beschreven uitvoeringsvoorbeeld dient ter toelichting van de uitvinding, niet te beperking van de gevraagde beschermingsomvang, die 25 wordt gegeven door de bijgevoegde conclusies.

De afstand tussen de meetpunten en de referentiepunten 5 zal in praktische situaties door een constante waarde worden gegeven. Noodzakelijk is dit evenwel niet, omdat deze afstand met behulp van de laserscanner 1 en de bijbehorende 30 verwerkingseenheid kan worden gemeten.

Waar in de bovenbesproken uitvoeringsvorm, een cilindervormig reflectorlichaam is toegepast, is het ook mogelijk bijvoorbeeld een langwerpig lichaam toe te passen waarvan elk punt in een dwarsdoorsnede gerelateerd kan worden 10 aan een aan dat lichaam gekoppeld vast punt. Bijvoorbeeld vertoont het langwerpige lichaam in dwarsdoorsnede althans gedeeltelijk een-ellipsvorm of een parabool, waarbij elke plaats op die ellipsvorm of parabool kan worden uitgedrukt in 5 de coördinaten van de brandpunten van die ellips of het brandpunt van de parabool.

1033219

Claims (7)

1. Inrichting voor het bepalen van een profiel van een bodemoppervlak, bijvoorbeeld het dwarsprofiel (12) van een wegdek, tenminste omvattend meetmiddelen voor het langs een bepaalde afstand van een bodemoppervlak genereren van actuele 5 waarden voor de hoogte (Zj, Zj+i) en de positie (Yj, Yj+i) van een aantal punten van dat bodemoppervlak ten opzichte van een bepaald referentiepunt (5), welke meetmiddelen omvatten een in een meetpunt boven het bodemoppervlak plaatsbare laserlichtbron (1) die is ingericht voor het genereren van 10 een zich over genoemde bepaalde afstand van het bodemoppervlak bewegende laserstraal (3), sensormiddelen voor het detecteren van de door het bodemoppervlak naar het meetpunt gereflecteerde laserstraal (3) , 15 afstandmeetmiddelen voor het bepalen van de door genoemde laserstraal (3) tussen de laserlichtbron (1) en het bodemoppervlak afgelegde afstand, alsmede verwerkingsmiddelen voor het uit signalen van de laserlichtbron, de sensormiddelen en de tijdmeetmiddelen 20 genereren van actuele waarden voor de hoogte (Zj, Zj+i) en de positie (Yj, Yj+i) van een aantal punten van dat bodemoppervlak ten opzichte van het meetpunt, met het kenmerk, dat de meetmiddelen verder omvatten een ter plaatse van het referentiepunt (5) plaatsbare 25 reflectorinrichting (4, 26) voor het verschaffen van een ten opzichte van het referentiepunt (5) welgedefinieerd, de laserstraal (3) reflecterend oppervlak (22).

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de laserlichtbron (1) is ingericht voor het in één bewegingsvlak 30 bewegen van de laserstraal (3), met het kenmerk, dat het reflecterende oppervlak wordt gevormd door althans een deel van het buitenoppervlak van een langwerpig lichaam (22) met een welgedefinieerde dwarsdoorsnede, welk lichaam (22) zich 1033219 dwars op het bewegingsvlak van de laserstraal (3) uitstrekt.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het langwerpige lichaam een cilinder (22) is.

4. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat 5 het buitenoppervlak van het langwerpige lichaam in een dwarsdoorsnede een ellipsvorm vertoont.

5. Inrichting volgens een der conclusies 2-4, met het kenmerk, dat het langwerpige lichaam (22) aan ten minste een van zijn uiteinden is voorzien van een de laserstraal (3) 10 reflecterend element (24, 25) waarvan de reflectiecoëfficiënt of het uiterlijk verschilt van respectievelijk de reflectiecoëfficiënt of het uiterlijk van het reflecterende oppervlak.

6. Inrichting volgens een der conclusies 1-5, met het 15 kenmerk, dat de meetmiddelen verder een hellingshoekmeter (2) omvatten.

7. Inrichting volgens een der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de verwerkingsmiddelen zijn ingericht voor het verwerpen van een actuele waarde voor de hoogte (Zj, Zj+i) 20 indien die actuele waarde een vooraf bepaalde drempelwaarde overschrijdt. f 0 3 3 2 1 i