RO122110B1 - Echipament de scanare pentru prelevarea profilelor transversale ale arterelor rutiere - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un echipament de scanare video pentru prelevarea automată, în regim dinamic, a profilelor transversale marcate cu fascicul de laser, ale arterelor rutiere, sub forma unor date numerice, care, prin procesare, pun în evidenţă defecţiuni ale pavimentului. Echipamentul conform invenţiei are în componenţă o cameră (CL) video către ai cărei senzori (CCD) fotoelectrici în linie este proiectată imaginea scanată, punct cu punct, a unui profil (PT) transversal de drum, de către o oglindă (Og) plană rotitoare, cu două feţe reflectante, în condiţiile în care această secţiune transversală este marcată în mod continuu, pe toată întinderea sa, de către un fascicul (FL) laser care este generat de o sursă (SL) laser punctuală, cu emisie continuă, un senzor (CCD) de tip linie al camerei (CL) video preluând valorile de elevaţie (yi) pe care le poate avea profilul (PT) de drum, în punctul sprecare este orientată camera (CL) video, la momentul respectiv, prin intermediul oglinzii(Og) rotitoare de scanare, aceasta din urmă fiind antrenatăîntr-o mişcare continuă de rotaţie, de cătreun servomotor (SM) pe al cărui ax este dispus şi un traductor (TU) al unghiului curent de rotaţie, care generează un semnal utilizat pentru calculul abscisei (xi) pe direcţie transversală a punctului scanat.

Description

Prezenta invenție se referă la un echipament de scanare pentru prelevarea profilelor transversale ale arterelor rutiere, ce permite scanarea automată, în regim dinamic, a profilelor transversale marcate cu fascicul laser, sub forma unor date numerice care sunt procesate în vederea extragerii din acestea a unor eventuale defecțiuni ale pavimentului, cum ar fi șanțurile, fisurile și/sau crăpăturile.

Șanțurile (făgășurile) constituie deformații permanente ale structurii pavimentului. Acestea reprezintă un indicator al integrității structurale a pavimentului și totodată au un impact important asupra siguranței utilizatorilor de drumuri. Pentru aceste motive, cele mai multe agenții de control al drumurilor monitorizează în mod regulat nivelele adâncimilor șanțurilor de pe pavimentele lor.

în mod tradițional, adâncimile șanțurilor erau măsurate manual prin utilizarea unei rigle drepte și a unei pene de control. Cu toate că este simplu de aplicat, această metodă furnizează rezultate neconcordante pentru măsurătorile efectuate la intervale mari de timp, iar în mod uzual, eșantionarea manuală a unei întregi rețele de drumuri nu este practicabilă. Apariția echipamentelor de măsurare fără contact care utilizează senzori cu ultrasunete sau cu laseri a avut drept efect considerarea metodei manuale drept învechite, în multe țări. Noile metode se bazează pe măsurarea profilului transversal al pavimentului și apoi pe procesarea datelor achiziționate în vederea calculării adâncimii șanțurilor de sub o riglă de control simulată prin calcul.

Făgășuirea este procesată în concordanță cu metoda standard de test pentru măsurarea adâncimii șanțurilor ale suprafeței pavimentului prin utilizarea unei rigle de control conform ASTM E 1703/E 1703M - Standard Test Method for Measuring Rut-Depth of Pavement Surface using a Straightedge. Operația de procesare simulează metoda riglei de control în determinarea distanței perpendiculare maxime măsurate între suprafața inferioară a referinței calculate drept riglă de control și zona de contact a laserilor cu pavimentul într-o locație specifică.

în conformitate cu acest standard, făgășuirea este definită drept lungimea, exprimată în metri, a unei căi (urme) individuale de roată, în condițiile în care această făgășuire (urma roții) are o adâncime care depășește 30 mm. Se consideră că adâncimea făgașelor se măsoară în raport cu marginea dreaptă a unei linii în lungime de 2 metri care ar fi așezată în direcție transversală deasupra urmei unei roți. Sunt luate în considerare numai lungimile în cadrul cărora făgășuirea depășește valoarea de 30 mm.

După cum rezultă din lucrarea Harmonising Automated Rut Depth Measurements publicată în Land Transport New Zealand Research Report nr. 277/2006, pentru calcularea adâncimii șanțurilor sunt utilizați trei algoritmi de bază:

- modelul riglă dreapta (straight- edge) care pentru a furniza valoarea adâncimii șanțurilor (Rut depth) simulează metoda manuală de plasare a unei rigle drepte și a unei pene de control de-a lungul pavimentului. Conform acestui model, adâncimea șanțurilor este determinată pe baza distanțelor măsurate pe direcție verticală între profilul transversal construit pe baza măsurătorilor individuale ale elevației și o linie de control definită de utilizator. Această linie dreaptă de control este poziționată succesiv în diferite locații de-a lungul profilului și sunt determinate în acest fel punctele ridicate și cele joase ale acestuia. Pe această bază se calculează făgășuirea, operație care se realizează separat pentru fiecare cale de rulare.

- modelul fir (wire) care cunoaște o largă utilizare datorită faptului că operațiile de calcul pe care le implică se pot realiza mult mai ușor și mai repede. Aceasta se datorează faptului că spre deosebire de modelul riglei drepte, modelul fir definește adâncimea șanțurilor pe baza unui fir întins deasupra punctelor înalte. Este calculată distanța de la fir până la paviment, iar valorile cele mai mari constituie adâncimea șanțului.

RO 122110 Β1

- modelul pseudo-santurilor (Pseudo-ruts) care constituie un indice al făgășuirii 1 bazat pe diferența dintre adâncimea medie a două căi de rulare (de roată) și înălțimea maximă a profilului dintre aceste căi de rulare. Acest model este utilizat în special de către 3 echipamentele care dispun numai de un număr limitat de senzori de măsurare (minimum trei senzori). 5

Conform acestui din urmă model, pseudo-șantul se calculează prin stabilirea punctului profilului de drum care este cel mai apropiat de bara cu senzori (adică punctul superior7

A) și respectiv a punctelor cele mai îndepărtate de aceasta bară (adică punctele joase, B și C), pentru fiecare cale de rulare.9

Pe această bază, valoarea pseudo-șantului se calculează cu relația:

(B+C)/2-A.11

După cum s-a mai menționat, adâncimile șanțurilor potfi măsurate fie manual, fie prin utilizarea unor tehnici de măsurare automată fără contact. Acestea din urmă implică 13 utilizarea unui vehicul laborator care se deplasează pe o secțiune a drumului și care utilizează tehnici bazate pe senzori cu ultrasunete sau cu laseri pentru a preleva profilul 15 transversal al pavimentului, urmând ca pe aceasta bază să fie estimate apoi adâncimile șanțurilor. 17

Pentru prelevarea profilelor transversale ale drumurilor sunt utilizate în general patru tehnologii de măsurare automată: 19

Tehnologia ultrasonică: Senzorii cu ultrasunete sunt senzorii cei mai ieftini și sunt utilizați în unele echipamente precum sunt ROMDAS și ARAN. 21

Astfel, echipamentul ROMDAS realizat în Noua Zeelandădispune de un înregistrator al profilelor transversale (Transverse Profile Logger - TPL) prevăzut cu senzori cu ultra- 23 sunete. Acești senzori, împreună cu circuitele lor electronice sunt amplasați, în grupuri de câte cinci elemente în câte o unitate prevăzută cu o carcasă de ecranare față de condițiile 25 ambientale, unitatea reprezentând un grup al sistemului de măsurare cu ultrasunete (Ultrasonic Measurement System Array - UMSA). Principala secțiune a echipamentului 27 ROMDAS conține patru unități UMSA, în timp ce părțile laterale ale echipamentului mai conțin fiecare câte o unitate UMSA, astfel că se dispune de un total de 30 de senzori atunci când 29 este utilizată atât secțiunea principală, cât și părțile laterale ale echipamentului. în acest montaj senzorii sunt dispuși în linie, la intervale de câte 100 mm unul față de celălalt, astfel 31 că lungimea profilului transversal de drum prelevată la o trecere a vehiculului laborator ajunge la 3,0 m. Precizia cu care fiecare senzor cu ultrasunete măsoară distanța până la 33 paviment este evaluată la ±1,0 mm.

Trebuie menționat însă faptul că pentru a elimina posibilitatea oricărei interferențe 35 între semnalele acustice ale senzoriloradiacenți, acești senzorii nu sunt declanșați simultan, ci în mod secvențial, câte un senzor al fiecărei unități UMSA în cadrul unei secvențe, astfel 37 că declanșarea tuturor senzorilor din toate unitățile UMSA durează aproximativ 0,125 s. Aceasta are drept rezultat faptul că declanșarea senzorilor se produce în condițiile în care 39 vehiculul laborator parcurge, în mod obișnuit, o distanță de 1 - 2 m, astfel că profilul transversal rezultat nu are ca bază același punct în spațiu, ci este un profil compozit format pe baza 41 celor cinci secvențe de declanșare succesivă a senzorilor ale căror semnale sunt apoi combinate pentru a se stabili profilul general al drumului testat. 43 în mod asemănător, echipamentul complex ARAN (Automated Road Analyser) realizat de societatea canadiană Roadware dispune și de componenta Smart Rutbar care 45 constituie un sistem de măsurare a adâncimii șanțurilor în puncte multiple (Multi-point rut measurement system). Componenta Smart Rutbar a echipamentului ARAN, montată și 47 aceasta pe vehiculul laborator, utilizează senzori cu ultrasunete pentru a măsura cu precizie

RO 122110 Β1 secțiunea transversală a unui drum. Ca și în cazul echipamentului ROMDAS, acești senzori sunt dispuși la distanțe tot de câte 100 mm unul față de celălalt, independent de lățimea selectată pentru profilul de drum măsurat. Sunt utilizați până la 37 de senzori pentru a acoperi lățimea unei benzi întregi de drum de 3,6 metri; 19 senzori sunt dispuși în bara principală și câte nouă senzori în fiecare dintre cele două aripi telescopice ale echipamentului. Precizia senzorilor individuali este de 1,0 mm, iar măsurările adâncimii șanțurilor se realizează cu o precizie generală de 1,5 mm.

O caracteristică comună a profilometrelor cu ultrasunete (așa cum sunt și echipamentele ROMDAS și ARAN) este constituită însă de utilizarea de către acestea a eșantionării progresive, avându-seîn vedere faptul că atunci când senzorii cu ultrasunete nu sunt plasați la intervale de cel puțin 300-500 mm, unul față de celalalt, vor exista interferențe de la semnalele sonore ale senzorilor adiacenți. Efectul eșantionării progresive este acela că profilul transversal utilizat în analize este un profil compozit care este construit pe baza măsurătorilor efectuate de senzorii individuali în secvențe succesive de timp. Totodată, trebuie menționat că profilul obținut este influențat atât de viteza cu care sunt declanșați senzorii, cât și de viteza vehiculului laborator. în mod tipic, pentru profilul transversal, aceasta înseamnă distanțe de 3-5 metri la viteze de 70 km/oră și de până la 10 metri la viteze mai ridicate.

Tehnologia laserilorde măsurare punctuală: Ca și senzorii cu ultrasunete, laserii de tip punctual determină valoarea distanței până la punctul de pe paviment care se află în fața sa, în respectivul moment. Datorită costului lor, numărul senzorilor laser de acest tip, care este adoptat de profilometrele uzuale, este de regulă mai redus decât cel întâlnit la profilometrele cu ultrasunete, în legătură cu aceasta menționându-se aici faptul că profilometrul WDM utilizează 16 senzori laseri, iar profilometrul ARRB TR utilizează treisprezece senzori laseri, ambele aceste profilometre fiind realizate de societăți din Noua Zeelandă. Mult mai rapizi decât senzorii ultrasonici, senzorii laser de tip punctual permit ca înregistrarea profilelor transversale să se efectueze la intervale de eșantionare care pot să ajungă până la 10 mm în lungul drumului testat. Datorită însă numărului relativ redus de senzori laser punctuali cu care sunt prevăzute aceste tipuri de profilometre, acestea nu sunt în general în măsură să asigure o rezoluție de măsurare suficientă pentru detectarea șanțurilor de dimensiuni mai reduse.

Tehnologia sistemelor optice. Sistemele optice achiziționează imagini digitizate ale profilelor transversale, profile care sunt utilizate apoi, în continuare, la estimarea adâncimii șanțurilor. Aceste imagini pot fi obținute prin utilizarea unor tehnici fotografice, care sunt de multe ori prevăzute suplimentar cu laseri. Un exemplu de acest gen este și sistemul cu laseri pentru măsurarea șanțurilor - LRMS (Laser Rut Measurement System) realizat de Institutul Național de Optoelectronică (INO) din Canada. Sistemul LRMS se bazează pe utilizarea a două profilometre care conțin câte o sursă laser modulată de mare putere cu care se asigură operarea sistemului, independent de gradul de iluminare ambientală și cu care se proiectează câte o linie luminoasă transversală pe suprafața pavimentului. Fiecare scaner conține și câte o cameră video specială cu defocalizare optică cu ajutorul căreia se asigură posibilitatea efectuării măsurătorilor în 3D ale deformațiilorde drum preluate de linia laser. Cele două scanere laser asigură împreună o lățime de eșantionare a profilelor transversale de 4 m, la o frecvență de eșantionare de 25 profile/s. în aceste condiții rezoluția transversală a măsurătorilor asigurată de sistem este de 1280 puncte/profil, iar precizia de măsurare a adâncimii șanțurilor este de ± 1 mm.

RO 122110 Β1

Tot Institutul Național de Optoelectronică (INO) din Canada a realizat și un Sistem 1 de Imagerie cu Laseri a Drumurilor - LRIS (Laser Road Imaging System) care pentru achiziționarea imaginilor profilelor transversale de drum utilizează două camere video cu 3 scanare în linie (de tip line scan) de înaltă rezoluție și frecvență de eșantionare, precum și două surse laser de putere. Particularitatea sistemului constă în aceea că fiecare sursă laser 5 proiectează câte un fascicul în planul transversal în direcție înclinată, astfel că acesta iluminează partea opusă a jumătății de drum deasupra căreia este situată. Câmpul de vedere 7 al fiecărei camere video este orientat pe verticală spre paviment, iar respectiva cameră este dispusă în același plan cu câte una dintre sursele laser și în așa fel încât să preia zona de 9 paviment iluminată de cealaltă sursă laser. Prin aceasta dispunere încrucișată a elementelor sistemului se urmărește punerea în evidență și a celor mai mici defecțiuni ale pavimentului, 11 prin umbrele acestor defecțiuni obținute prin înclinarea față de verticală a surselor laser a căror putere poate ajunge la 250 W. Caracteristicile componentelor sistemului LRIS asigură 13 acestuia o rezoluție de 4096 pixeli/linie și o frecvență de eșantionare de 28.000 linii /secundă. 15

O altă societate canadiană, G.I.E. Technologies, pentru prelevarea profilelor transversale de drum, a realizat sistemul cu laseri Laser Vision System, sistem care utilizează 17 camere video cu defocalizare realizate conform tehnologiei BIRIS de vizualizare în 3D. Tehnologia BIRIS aplicată de aceiași societate și la sistemul său LaserVISION asigură 19 pentru determinările efectuate, un anumit grad de independență față de mișcările proprii perturbatoare ale vehiculului laborator. Pe această bază, Laser Vision System este capabil să 21 măsoare elevațiile a 1024 puncte de-a lungul unei lățimi complete (12 fl) a unei benzi de circulație, fără a fi nevoie ca în acest scop să se mărească lățimea vehiculului laborator. 23 Totodată, datorită faptului că achiziția datelor se realizează la frecvențe de până la 60 Hz, sistemul este capabil să măsoare profilele transversale la intervale, pe direcția longitudinală 25 a drumului, nu mai mari de 0,5 m la viteze de deplasare de până la 100 km/h.

Principalul dezavantaj al acestor sisteme optice de achiziționare a imaginilor profilelor 27 transversale de drum este constituit de costul lor deosebit de ridicat. Așa după cum se arată în studiul Data Collection Technologies for Road Management” întocmit în aprilie 2005 29 pentru Banca Mondială, datorită utilizării camerelor video de mare rezoluție și frecvență de scanare în special cele de tip area scan”, costul unui asemenea echipament poate să atingă 31 50.000 USD, iar dacă se recurge și la metoda iluminării suplimentare, atunci costul acestor echipamente poate să depășească și 200.000 USD. 33

Tehnologia scanării cu laseri. Motivația dezvoltării acestei tehnologii a constituit-o necesitatea, atât de a îmbunătăți în mod substanțial rezoluția imaginilor achiziționate pentru 35 profilele de drum, cât și de a reduce numărul camerelor video de mare rezoluție și viteza de declanșare, cu preț de cost ridicat, care sunt utilizate de regulă în tehnologiile optice de 37 control al suprafețelor de drum.

Un exemplu tipic de asemenea echipament care, utilizând tehnologia scanării cu 39 laseri, încearcă să obțină o rezolvare pentru problemele susmenționate, este descris în cererea de brevet US 4653316 / 31 martie 1987 cu titlul: Apparatus Mounted on Vehicles 41 forDetecting Road Surface Conditions. Aparatul conform acestei invenții utilizează o oglindă rotativă poligonală pentru a proiecta un fascicul laser mobil pe o direcție transversală a 43 drumului testat. Pentru prelevarea secțiunilor transversale marcate cu fasciculul laser mobil se utilizează două camere video montate fix în partea frontală a vehiculului purtător și 45 orientate într-o direcție înclinată cu un unghi de până la 60° față de planul vertical al fasciculul laser. Cele două camere video, de tip area scan, sunt dispuse în linie în așa fel încât 47

RO 122110 Β1 să cuprindă în câmpul lor de vedere întreaga lățime a drumului. Chiar și în aceste condiții, se impun condiții deosebite pentru performanțele funcționale ale acestor camere video, atât în ceea ce privește frecvența de achiziție a imaginilor, cât și, mai ales, rezoluția cadrelor video necesară unei definiri corespunzătoare a profilelor de drum.

Problema referitoare la rezoluția camerei video este rezolvată de către invenția descrisă în cererea de brevet US 4878754 / 7 noiembrie 1989, Method of and Apparatus forMeasuring Irregularities ofRoad Surface”, prin aceea că spotul fasciculului laser proiectat pe suprafața drumului este detectat de către un senzor CCD unidimensional cu un număr mare de senzori fotoelectrici dispuși pe o singură linie situată astfel încât să preia imaginea elevației într-un punct al profilului de drum. Atât senzorul CCD, cât și sursa fasciculului laser sunt montate împreună pe un cărucior mobil cu role care este deplasat, cu ajutorul unui servomotor, pe un ansamblu de sine, pe o direcție transversală față de drum, astfel încât odată cu deplasarea căruciorului mobil sunt măsurate, punct cu punct, elevațiile profilului transversal, în condițiile în care vehiculul purtător stă pe loc. După deplasarea vehiculului pe distanța de eșantionare propusă pentru profilele transversale, se redeclanșează succesiunea de măsurare punct cu punct a elevațiilor, prin deplasarea căruciorului mobil purtător al blocului de măsurare. Funcționarea în modul prezentat nu conferă însă acestui echipament o productivitate satisfăcătoare pentru operarea pe drumurile publice.

în cererea de brevet US 5745225 /28 aprilie 1998, Apparatus forMeasuring a Shape ofRoad Surface este descris un aparat pentru prelevarea secțiunilor transversale de drum în care întreg ansamblul senzorului de măsurare al distanțelor până la suprafața pavimentului testat este antrenat într-o mișcare oscilatorie, într-un plan vertical perpendicular pe direcția de deplasare a vehiculului purtător cu ajutorul unui dispozitiv de rotire cu servomotor. Principalele componente ale ansamblului senzorului de măsurare susmenționat sunt constituite dintr-o sursă laser în impulsuri, un receptor al acestor impulsuri și un contor de timp. Datorită maselor inerțiale implicate, rotirea oscilatorie a acestui ansamblu cu unghiul necesar pentru a se realiza scanarea întregii secțiuni transversale de drum, nu poate fi realizată în mod normal cu o frecvență suficient de ridicată încât să se asigure o densitate corespunzătoare pentru liniile transversale de scanare, în condițiile în care vehiculul purtător se deplasează cu viteza permisă pe artera rutieră testată.

Mai recent, a fost realizat echipamentul Ladar creat în tehnologia radarului laser de măsurare a fazei de către societatea Phoenix Science și care a fost încorporat în scannerul pentru profilul pavimentului (PPS - Pavement Profite Scanner) realizat de societatea Mandli Communications, Inc. în cadrul Proiectului HR-1081 sponsorizat de Federal Highway Administration, the lowa Departmentof Transportation.

Concepția pe care se bazează funcționarea echipamentului Ladar constă în următoarele:

Un fascicul laser modulat este reflectat de o oglindă poligonală rotitoare. Fasciculul laser ajunge pe suprafața pavimentului, iar apoi este reflectat înapoi către o altă față reflectantă a oglinzii poligonale rotitoare; întrucât în raport cu fasciculul modulat incident, fasciculul reflectat are o întârziere de timp, și faza acestui din urmă fascicul prezintă o întârziere de tip Doppler. în aceste condiții, de pe oglinda rotitoare fasciculul reflectat este orientat către un dispozitiv detector care măsoară, atât deplasarea de fază, cât și intensitatea semnalului recepționat din punctele prelevate de-a lungul liniei de scanare. Cu această configurație echipamentul Ladar este conceput să esantioneze un profil transversal cu o lungime de 3,5 m cu un singur laser de scanare montat la o înălțime de 2,3 m deasupra pavimentului. Sunt eșantionate 950 de puncte de-a lungul profilului transversal la intervale de câte 25 mm în lungul drumului, în condițiile în care oglinda poligonală se rotește cu aproximativ 167 rotații pe secundă.

RO 122110 Β1

Funcționarea în bune condițiuni a echipamentului Ladar reclamă însă realizarea 1 unui grad ridicat de sincronizare între faza fasciculul laser modulat și faza de rotație a oglinzii poligonale, sincronizare prin care să se asigure că fasciculul laser modulat emis de sursă, 3 după reflexii pe două fețe succesive ale oglinzii poligonale și, între acestea, pe un punct al pavimentului, ajunge în obiectivul dispozitivului detector. 5 în sfârșit, în lucrarea NRC 3D Technology for Museum and Heritage Applications, publicată în anul 2003 de către Institutul Canadian pentru Tehnologii Informatice din cadrul 7 Consiliului Național de Cercetare, este prezentat un principiu brevetat de scanare cu spot auto-sincronizat, utilizabil în prelevarea unor profile, atât ale unor obiecte, cum sunt cele de 9 artă, cât și ale unor suprafețe de drum. în conformitate cu acest principiu, alcătuirea dispozitivelor respective de prelevare diferă de cea uzuală a triangulației spotului laser pre- 11 zentată de alte sisteme utilizate în acest domeniu, prin aceea că direcțiile în care sunt proiectate, atât fasciculele laser, cât și axa optică a sistemului de detecție, sunt rotite în mod 13 sincron, cu ajutorul unei oglinzi plane cu două fețe reflectante. Dispozitivul conform invenției realizează prin reflexiile asigurate de una dintre fețele oglinzii oscilante, proiectarea unui 15 fascicul emis de o sursă laser către subiectul scanării, paviment sau obiect. Cealaltă față a oglinzii plane realizează direcționarea imaginii unui punct al obiectului scanat iluminat cu 17 fasciculul laser asupra unei camere video cu senzor CCD de tip area scări'. Pe baza coordonatelor pixelului din compunerea senzorului CCD iluminat de fasciculul laser reflectat 19 se obțin, prin aplicarea relațiilor de calcul proprii metodei triangulație, coordonatele în 3D ale punctului corespunzător țintei scanate, în accepțiunea că cea de a treia dimensiune 21 corespunde deplasării vehiculului purtător al echipamentului de măsurare pe drumul testat, în conformitate cu acest procedeu, câmpul instantaneu de vedere al detectorului de poziție 23 se autocentrează și se poate limita numai asupra zonei scanate în momentul respectiv de fasciculul laser. în acest fel, la stabilirea distanței focale a obiectivului camerei video se are 25 în vedere numai înălțimea pe verticală a neregularităților în cazul profilului transversal de drum, nu și lungimea acestui profil. Acest fapt face deci posibilă evitarea necesității de a 27 utiliza pentru această aplicație obiective optice complexe anamorfotice, respectiv obiective care au valori diferite pentru distanțele focale ale celor două axe perpendiculare ale câmpului 29 de vedere.

în legătură cu acest sistem autosincronizat cu multiple căi optice corelate între ele, 31 trebuie precizat că această corelare implică o precizie ridicată de realizare a sistemului, în special pentru situațiile în care se urmărește obținerea unor câmpuri de vedere largi 33 corespunzătoare profilelor transversale ale pavimentului. La aceasta trebuie adăugat faptul că, și în acest caz, masele inerțiale ale oglinzii și ale dispozitivului său de antrenare, fac ca 35 mișcarea oscilatorie a acestor elemente să obțină cu anumite dificultăți frecvența necesară pentru realizarea unei densități corespunzătoare pentru secțiunile transversale scanate de 37 drum, în condițiile în care vehiculul laborator se deplasează cu viteze normale pe drumul respectiv. 39

Echipamentul conform invenției înlătură aceste dezavantaje prin aceea că scanarea unui profil transversal de drum se realizează numai cu câmpul de vedere al unei camere 41 video, nu și cu fasciculul sursei laser care este proiectat în mod continuu pe toată lungimea profilului transversal. în acest fel se evită problemele legate de sincronizarea câmpului de 43 vedere al camerei video cu fasciculul laser.

De asemenea, prin utilizarea unei camere video de tip line scan (cu scanare la nivel 45 de linie) caracterizată printr-un număr mult mai ridicat de elemente fotosensibile pe direcția de măsurare a elevațiilor profilului transversal, decât cel de care dispune în mod normal o 47 camera video de tip area scări' (cu scanare la nivel de arie), se obțin rezoluții superioare

RO 122110 Β1 de măsurare a acestor elevații; totodată, întrucât și frecvența de scanare a pixelilor (corespunzători elementelorfotosensibile) la camera de tip line scan” este mult mai ridicată decât cea a camerelor de tip area scan, se asigură și o frecvență superioară de scanare a profilelor.

Totodată, la valoarea ridicată a frecvenței de scanare a profilelor transversale obținută de echipamentul conform invenției, contribuie și faptul că oglinda mobilă, cu care se asigură deplasarea câmpului de vedere al camerei video, execută rotații complete continue, iar nu rotații oscilatorii care, datorită maselor inerțiale implicate, nu oferă condițiile de obținere a unor frecvențe relativ ridicate de scanare.

în sfârșit, se menționează că valorile ridicate ale frecvenței și ale rezoluției de scanare asigurate pe direcția de măsurare a elevațiilor de către o cameră video de tip line scan se obțin la un preț de cost al acestor camere, de regulă, mult mai scăzut decât cel al camerelor video de tip area scan care ar fi în măsură să asigure performanțe apropiate de cele susmenționate.

Echipamentul de scanare cu câmpul de vedere al camerei video pentru prelevarea profilelor transversale ale arterelor rutiere, conform invenției, se caracterizează prin aceea că:

- utilizează o cameră video de tip line scan către ai cărei senzori fotoelectrici în linie este proiectată imaginea scanată punct cu punct a profilulului transversal de drum de către o oglindă cu două fețe reflectante și cu rotire continuă în jurul unei axe proprii perpendiculare pe respectiva secțiune transversală de drum, în condițiile în care această secțiune transversală este marcată în mod continuu, pe toată întinderea sa, de către un fascicul laser care este evazat într-un plan perpendicular pe suprafața pavimentului și care este generat de o sursă laser punctuală cu emisie continuă;

- dispozitivul optic care realizează evazarea în plan a fasciculului laser este constituit de regulă dintr-o lentilă cilindrică, care poate asigura unghiuri de deschidere a fasciculului de până la 110°, valori suficiente pentru a realiza acoperirea unei întregi secțiuni transversale de drum, în condițiile în care sursa laser este montată la o înălțime convenabilă pe vehiculul laborator;

- pentru a preleva profilele transversale de drum marcate de fasciculul laser, axa camerei video este dispusă într-o poziție înclinată în planul vertical median în care este situată și sursa laser și astfel încât axa camerei video să fie perpendiculară pe axa transversală a drumului;

- senzorul de tip linie al camerei video este dispus astfel încât șirul liniar al elementelor sale fotoelectrice să se găsească într-o poziție înclinată în plan vertical, poziție care sa-i permită să preia valorile de elevație pe care le poate avea profilul de drum în punctul spre care este orientată camera video, la momentul respectiv, prin intermediul oglinzii rotitoare de scanare;

- pentru calculul valorilor de elevație ale fiecărui punct scanat al profilului transversal în raport cu o linie mediană de referință a respectivului profil, se utilizează o metodă de triangulație specifică scanerelorîn 2D;

- oglinda de scanare este antrenată într-o mișcare continuă de rotație de către un servomotor pe al cărui ax este dispus și un traductor al unghiului curent de rotație al cărui semnal este utilizat pentru calculul abscisei pe direcție transversală a punctului scanat;

- pentru a determina intervalul de eșantionare dintre profilele transversale prelevate se recurge la înregistrarea și a semnalului numeric furnizat de un traductor al vitezei de deplasare a vehiculului laborator, simultan cu imaginile furnizate de camera video; opțional, pentru a menține acest interval de eșantionare în limitele prescrise de operator se poate recurge la utilizarea unui dispozitiv de reglare automată a vitezei de rotație a oglinzii de scanare în funcție de viteza de deplasare a vehiculului laborator;

RO 122110 Β1

- pentru a se determina densitatea punctelor scanate pe un profil transversal se preia 1 și valoarea frecvenței de declanșare a camerei video, valoare stabilită prin autosincronizare sau prin comandă externă, alături de valoarea vitezei de rotație a oglinzii de scanare. 3

Alte caracteristici și avantaje ale invenției sunt prezentate în continuare în descrierea pe larg a invenției cuprinzând mai multe exemple de realizare constructivă a echipamentelor 5 de scanare pentru prelevarea profilelor transversale de drum, descriere în care se face referire inclusiv la desenele care o însoțesc, respectiv fig.1 ...10, care reprezintă: 7

-fig. 1, schema de montaj a echipamentului de prelevare a profilelor transversale de drum pe caroseria unui vehicul laborator;9

- fig. 2, schema optică de principiu a echipamentului de prelevare video a secțiunilor transversale de drum;11

- fig. 3, schema planului median al câmpului de vedere obținut prin rotirea oglinzii de scanare;13

- fig. 4, schema pentru definirea parametrilor ariei de scanare video, într-un plan perpendicular pe direcția mediană de vizare;15

- fig. 5, schema pentru definirea parametrilor ariei de scanare video, într-un plan perpendicular pe suprafața pavimentului;17

- fig. 6, schema pentru stabilirea relației de calcul a unghiului dintre ordonatele profilului transversal de drum măsurate în planul transversal de scanare și proiecțiile în plan 19 vertical ale acestor ordonate;

- fig. 7, schema pentru stabilirea relațiilor de calcul ale ordonatelor în plan vertical ale 21 punctelor care compun un profil transversal de drum;

- fig. 8, schema pentru stabilirea relațiilor de calcul ale absciselor punctelor vizate din23 compunerea unui profil transversal de drum;

-fig. 9, schema pentru stabilirea unor valori numerice pentru parametrii care definesc25 secțiunea longitudinală a echipamentului de scanare;

- fig. 10, schema pentru stabilirea unor valori numerice de exemplificare pentru 27 parametrii care definesc deplasarea echipamentului de scanare de alungul axei longitudinale (z) a drumului testat.29

Echipamentul de scanare pentru prelevarea profilelor transversale ale arterelor rutiere, conform invenției, este constituit în principal dintr-un sistem de marcare cu o linie 31 luminoasă laser a profilelor de drum, un sistem de scanare video și un sistem de calcul.

Sistemul de marcare laser și sistemul de scanare video se montează pe partea din 33 spate a caroseriei unui vehicul laborator VL în modul prezentat în fig. 1, în timp ce sistemul de calcul este ambarcat în acest vehicul. în cadrul acestui ansamblu, prin intermediul unei 35 bare de montaj BM, de caroseria vehiculului laborator este fixată o sursă laser SL cu emisie continuă, care constituie principala componentă a sistemului de marcare, în așa fel încât, 37 dispozitivul optic de ieșire al sursei să fie orientat vertical în jos spre suprafața pavimentului testat. Acest dispozitiv optic realizează evazarea unui fascicul laser FL plan pe toată 39 întinderea unui profil transversal PT al pavimentului.

Tot pe partea din spate a caroseriei vehiculului laborator VL se montează și un bloc 41 de ecranare BE care cuprinde într-o carcasă închisă de ecranare față de lumina ambientală componentele principale ale sistemului de scanare video: o cameră video CL, digitală, ai 43 cărui senzori fotoelectrici CCD sunt dispuși într-o singură linie (într-o configurație de tip line scan) și o oglindă Og, plană, rotitoare, care are ambele fețe reflectante și care este 45 antrenată într-o mișcare continuă de rotație de către un servomotor SM. Pe același ax al oglinzii Og și al servomotorului SM este montat și un traductor TU pentru măsurarea valorilor 47 curente ale unghiurilor de rotație.

RO 122110 Β1 în ceea ce privește poziția relativă de montaj a acestor componente, se precizează că axul de rotație al oglinzii Og este înclinat față de verticala locului cu un unghi calculat, în funcție de lungimea barei de montaj BM a sursei laser SL și de înălțimea de fixare a blocului de ecranare BE, în așa fel încât să se asigure vizarea de către centrul oglinzii Og, a unei linii mediane LM de referință pentru profilul transversal PT al pavimentului. Totodată, în blocul de ecranare BE, camera video CL se dispune într-o poziție laterală față de oglinda Og în așa fel ca prin obiectivul său optic, caracterizat printr-un câmp de vedere CV, să recepționeze fluxul de lumină reflectat de oglinda Og, în condițiile în care aceasta, prin rotire, scanează întreaga lungime a profilului transversal marcat cu laser.

Datorită faptului că oglinda Og are ambele fețe reflectante, la fiecare rotație a acesteia, profilul transversal PT, marcat în mod continuu cu fasciculul laser FL, este scanat de două ori. Pentru ca în cursul acestor rotații obiectivul camerei video CL să recepționeze numai semnalele luminoase corespunzătoare perioadelor în care oglinda Og rotitoare vizează profilul marcat cu fasciculul laser FL, blocul de ecranare BE este prevăzut cu o fereastră frontală F, dimensionată în așa fel încât să limiteze operația de scanare video numai la respectivul profil.

La fiecare declanșare, comandată din exterior sau prin auto-sincronizare, a camerei video CL de tip liniar, aceasta achiziționează câte o imagine a unei linii, în cadrul căreia apare mai luminos, elementul sau grupul de elemente fotosensibile care au recepționat imaginea unui punct P al profilului transversal PT, punct spre care a fost orientat sistemul de scanare video, în momentul respectiv al declanșării camerei video CL. în regim de postprocesare, prin aplicarea unei metode de selectare a pixelilor care prezintă o valoare maxima a iluminării, din fiecare imagine achiziționată este extras numărul de ordine al pixelului care a recepționat marcajul laser al punctului P. Pe aceasta bazași a relațiilor de calcul corespunzătoare schemei optice a sistemului de scanare, se determina pentru fiecare punct P vizat al profilului transversal PT, o valoare y, a ordonatei reprezentate de distanța dintre punctul P și linia mediană LM, de referință a respectivului profil.

Mai multe detalii cu privire la dispunerea relativă dintre sistemele echipamentului de prelevare video a secțiunilor transversale de drum și la traiectoriile complete ale fluxurilor de transmitere și de receptionare a semnalelor laser sunt incluse în schema optică de principiu a acestui echipament prezentată în fig.2. După cum rezultă din aceasta schema, profilul transversal PT de drum marcat pe întreaga sa lungime de către fasciculul laser plan FL este scanat în mod continuu, de două ori într-o rotație, de către oglinda Og, rotitoare, al cărei ax este dispus într-un plan perpendicular pe acest profil și pe o direcție înclinată față de verticala locului. Axa optică a camerei video CL de tip liniar, este dispusă într-o poziție laterală față de oglinda Og, în așa fel încât aceasta cameră video CL să recepționeze, prin intermediul unui obiectiv optic L, pe un senzor fotoelectric CCD cu elementele fotosensibile dispuse în linie, imaginile pe direcție verticală ale profilului transversal PT, imagini reflectate succesiv de cele două fețe ale oglinzii Og. Numărul de puncte ale profilului transversal PT preluate fiecare în cate o imagine achiziționată de către camera video CL de tip liniar și de aici și rezoluția de prelevare a profilului transversal PT, depind atât de viteza de rotație adoptată pentru oglinda Og, de scanare, cât și de valoarea stabilită pentru frecvența de declanșare a camerei video CL.

Pentru a stabili relația dintre valorile parametrilor constructivi ai echipamentului și lungimea profilului transversal PT rezultat prin scanare în planul care are drept bază linia mediană LM de referință a profilului transversal PT, se recurge la schema prezentată în fig.3.

RO 122110 Β1 în schema din fig.3 s-au marcat prin I, poziția oglinzii Og care asigură orientarea 1 direcției de vizare a camerei video CL pe o direcție centrală, perpendiculară pe linia mediană LM, în punctul central O₀, iar prin II și respectiv III, pozițiile oglinzii Og care asigură orien- 3 tarea direcției de vizare către cele două extremități laterale O_p ale profilului transversal PT.

în mod corespunzător, unghiurile de rotație ale direcției de vizare, la stânga și respectiv la 5 dreapta direcției centrale, către cele două extremități ale profilului transversal PT au fost notate cu - β și + β. Conform legilor reflexiei pentru oglinzile plane, pentru rotirea direcțiilor 7 de vizare cu unghiurile - β și + β este necesar ca oglinda Og reflectantă să fie rotită cu unghiurile - β/2 și respectiv +β/2. 9

Este necesar deasemenea să se marcheze și distanța m dintre axa de rotație AR a oglinzii Og de scanare și linia mediană LM de referință a profilului transversal PT, cu menți- 11 unea că această distanță m, ca și planul median de vizare în care este situată, sunt înclinate față de planul vertical cu un unghi δ prin care se asigură vizualizarea dintr-o direcție laterală 13 a profilului transversal PT.

Prin notațiile -x și +x s-au marcat în fig.3 abscisele punctelor extreme O_p. și respectiv 15 O_p+, abscise măsurate în raport cu punctul central O₀ al liniei mediane LM de referință. Valorile acestor abscise se pot calcula în mod direct cu relațiile: 17

-x = m x tan(-P); + x = m x ίθη(+β) (1)

După cum s-a menționat mai sus, relațiile (1) au fost stabilite pentru cazul în care se 19 urmărește numai scanarea realizată în planul care are drept bază linia mediană LM a profilului transversal PT, scanare realizată numai de punctul central al oglinzii Og, rotitoare, 21 atunci când aceasta se rotește în jurul axului său AR.

Pentru cazul general în care se urmărește stabilirea parametrilor, nu numai ai liniei 23 mediane de scanare, ci ai întregii suprafețe de scanare, suprafața rezultată în urma rotirii câmpului de vedere CV, liniar, al camerei video CL de către oglinda Og de scanare, este 25 necesar să se facă referire la schema sistemului de scanare prezentată în fig.4.

Valoarea câmpului de vedere CV, liniar, al camerei video CL este determinată de 27 distanța focală f a obiectivului L al camerei video CL și de lungimea senzorului fotoelectric CCD al acestei camere video CL, lungime care conform schemei din fig.4 este reprezentată 29 de suma valorilor maxime ale ordonatelor y₊ și y_ care sunt atribuite elementelor fotoelectrice, respectiv pixelilor acestui senzor fotoelectric. 31

Pe aceasta bază, semi-unghiul de vedere γ al camerei video CL rezultă sub forma:

_t Xy' tan/₊ - _șj tan/_ ₌ _z_ ₍₂)35 ^JJ în continuare se poate calcula acum lungimea d₀ a câmpului de vedere CV, liniar, al 37 camerei video CL, lungime marcată la extremitățile sale cu notațiile u₀ și respectiv v₀, ținând seama de valoarea distanței C dintre obiectivul L al camerei video CL și punctul central O₀ 39 al liniei mediane LM de referință:

T y (y + y ) </«. = V'C; =^ C și = + d„. = /‘'c (3) ^y J ^y+ J ./ 43 în mod analog, ținând seama de valoarea distanței m dintre același punct central O₀ 45 al liniei mediane de referință și axul de rotație AR al oglinzii Og de scanare se poate

RO 122110 Β1 determina valoarea lungimii s a acestei oglinzi Og, necesară pentru a asigura lungimea d₀ a câmpului de vedere CV:

C-m C-m C-m ^ = —·^ *

Rotația oglinzii Og de scanare cu unghiul β/2 face ca direcția mediană care vizează punctul central O₀ al liniei mediane LM de referință să se rotească cu unghiul β ajungând să vizeze punctul Op de pe aceiași linie de referință. Odată cu direcția de vizare se deplasează și câmpul de vedere CV, liniar, al camerei video CL din poziția marcată u₀,v₀ în poziția u_p,v_p, generandu-se în acest fel o arie CVT a câmpului de vedere CV, arie care se situează într-un plan perpendicular pe direcția mediană centrală de vizare a punctului O₀.

Deplasarea câmpului vedere CV, liniar, de din poziția u_0> v₀ în poziția u_p,v_p are ca efect totodată și creșterea lungimii componentelor corespunzătoare de la valorile și cZ₀ y_ d₀ la valorile d_p și respectiv d_p așa după cum rezultă din următoarele relații de calcul >+ y- >'+ ale ultimei perechi de valori:

(5) (6)

De asemenea, este de observat faptul că prin prelungirea direcțiilor de vizare care delimitează câmpul de vedere CV, liniar, u_p,v_p, dincolo de axul de rotație AR al oglinzii Og, se obține o poziție virtuală L_p pentru obiectivul camerei video CL, poziție care ar rezulta daca acest obiectiv ar fi rotit cu unghiul β în jurul axului de rotație AR și a lagărelor sale de ghidare

Μ, N, din poziția sa fixă L_o.

Pe baza schemei din fig.4 se poate stabili în mod direct și relația de calcul a distanței

D dintre poziția virtuală L_p a obiectivului și punctul extrem O_p de pe linia mediană LM sub

forma:	m
	D~-c-m\osfi <7)

După cum s-a mai menționat, pentru a se asigură vizualizarea dintr-o direcție laterală a profilului transversal PT al drumului, direcția mediană care vizează punctul central O₀ este înclinată față de verticala locului cu un unghi δ. Drept urmare și aria CVT a câmpului de vedere CV, definită în modul prezentat mai sus, fiind perpendiculară pe aceasta direcție centrală de vizare, este înclinată cu același unghi δ față de planul orizontal de referință al pavimentului. întrucât normele de calcul impun însă ca ordonatele punctelor care compun profilul transversal al drumului să fie determinate în planul vertical al respectivului profil, este necesar ca ordonatele punctelor vizate în aria CVT să fie proiectate într-un asemenea plan

RO 122110 Β1 vertical care se intersectează cu planul ariei CVT pe aceiași linie mediană LM, de referință, dar este rotit față de planul ariei CVT cu un unghi a care este complementar unghiului de înclinare α = 90°-δ (8)

Modul în care planul vertical definit mai sus se înscrie în schema optică a sistemului de scanare, precum și modul în care direcțiile de vizare limită ale sistemului delimitează în acest plan o arie CW de scanare în plan vertical, sunt prezentate în fig.5.

Tot din fig.5 mai rezulta și modul în care ordonatele determinate în planul ariei CVT ale unor puncte vizate de sistemul de scanare sunt proiectate în planul vertical corespunzător ariei CW prin intersectarea acestui plan cu aceleași direcții de vizare. Astfel ordonata limită dp_y a ariei CVT de scanare este transpusă, de către direcția de vizare corespunzătoare, în ordonata corespondentă y . din aria CW de scanare. Datorită faptului că direcția de vizare respectivă este rotita cu unghiul β față de poziția sa centrală, unghiul dintre dreptele corespunzătoare ordonatelor d„ . și v . din cele două planuri

Py- Py corespunzătoare ariilor CVT și respectiv CW, nu are valoarea corespunzătoare unghiului a, ci are o valoare majorată corespunzătoare unghiului a_p.

Pentru a stabili relația de calcul a acestui unghi α_β dintre ordonatele verticale y_p și planul ariei CVT de scanare se recurge la schema direcțiilor de vizare și a planurilor CVT și CW prezentată în fig.6, schema din care se obține mai întâi:

și de aici:

d_n tan a. Py- p d_o tanof

Py cos/7 tan a ^tano>⁼ (9)

Această relație confirmă faptul că numai pentru situațiile în care direcția de vizare este situată în planul central în care unghiul β de scanare este nul, unghiul dintre ordonatele d ^o_y corespunzătoare, are aceiași valoare a unghiului a, egală cu cea care există între planurile ariilor CVT și respectiv CW

Pentru obținerea relațiilor de calcul ale ordonatelor în plan vertical ale punctelor care compun un profil transversal de drum se recurge la schema din fig.7 în care, pentru simplificarea prezentării, din schema optică generală prezentată în fig.5, s-a extras numai planul de vizare L_p,u_p,v_p, plan care este rotit cu unghiul β față de planul central de vizare L_o, u₀, v₀.

Pe baza acestei scheme, a relațiilor de calcul (5) și (6) stabilite mai înainte pentru ordonatele d și respectiv d . a relației (7) pentru calculul distanței D dintre poziția virtuală L_p a obiectivului și punctul extrem O_p de pe linia mediană LM și cu notațiile înscrise în fig.7, se obține mai întâi expresia proiecției ordonatei · eo direcție paralelă cu linia câmpului de vizare u_p,v_p (linie care este comună ambelor planuri corespunzătoare ariilor CVT și CW), sub forma:

și de aici

D-d

Py

RO 122110 Β1 iar apoi, pe această bază, relația de calcul a ordonatei y , în planul vertical al ariei CW:

' β v (C - m) cosβ+ m

(10)

După cum rezultă din relația (10), pentru a determina valoarea ordonatei,y . în * β V planul vertical CW a unui punct vizat al profilului transversal PT este necesar ca, mai întâi, din imaginea digitală achiziționată pentru acel punct de către camera video CL liniară, să se extragă, printr-o metoda de selectare a pixelului cu cea mai mare luminozitate, valoarea ordonatei y (în cazul de față) a acelui pixel, exprimată în unități de lungine corespunzătoare senzorului fotoelectric CCD, liniar. Se preia de asemenea și valoarea numerică a unghiului β pe care l-a avut direcția de vizare în momentul achiziționării imaginii analizate, unghi care este furnizat de traductorul digital de unghi TU montat pe axul de rotație al oglinzii Og de scanare.

Cu valorile curente ale parametrilor y₊ și β, menționați mai sus, precum și cu valorile fixe, C, m și a, ale parametrilor constructivi ai sistemului de scanare video, relația (10) permite calcul ordonatelor în plan vertical, y p_y'₊ . ale punctelor vizate din profilul transversal de drum și care corespund situației în care imaginile luminoase ale acestor puncte se situează în jumătatea considerată drept pozitivă a senzorului fotoelectric CCD, liniar.

în mod analog se obține și relația de calcul al ordonatelor pentru punctele profilului transversal PT, de drum, ale căror imagini luminoase se proiectează pe jumătatea considerată drept negativă a senzorului fotoelectric CCD, liniar.

Se începe și în acest caz prin stabilirea expresiei proiecției ordonatei y^_y· pe o direcție paralela cu linia câmpului de vizare u₀,Vp, sub forma:

py

D - d „ . tana„ py_ P py_ iar în continuare, relația de calcul a ordonatelor yβ _ν· în planul vertical al ariei CW:

(C- ni) · cos/7+ m (11)

Este de menționat faptul că în locul relațiilor de calcul (10) sau (11) se poate folosi o relație unică (12), în care ordonatele pixelilor de maxima luminozitate de pe senzorul fotoelectric CCD, liniar, y₊ sau y_ , se introduc cu semnele lor, ”+ sau respectiv,

(C- w)cos/7+ m tan a _ tan =----- in care:

^β cos/?

RO 122110 Β1

Este de observat de asemenea că pentru cazurile în care este vizată zona centrală a profilului transversal PT, cu β = 0 se obține : tana_p = tana și respectiv:

yβc f cosa - y șina

Tot din schema din fig.7 se obțin și relațiile de calcul pentru proiecțiile acelorași 7 ordonate y^y și pe linia mediană de vizare L_pO_p după cum urmează:

^{b+ = y}fiy₊ ‘^Sina^ ^{(13) Și} <¹⁴>

Expresiile (13) ale proiecțiilor b₊ și b_ sunt utilizate în continuare la stabilirea relațiilor de calcul ale absciselor x . și x ale punctelor vizate din profilul transversal, pentru 13 situația în care imaginea acestor puncte este proiectată în jumătatea y₊ și respectiv în jumătatea y' a senzorului fotoelectric CCD. Pentru stabilirea propriu zisa a acestor relații de 15 calcul se recurge și la schema din fig.8 în care din schema optică generală a sistemului de scanare se preia partea corespunzătoare planului orizontal al pavimentului în care este 17 cuprinsa linia mediană de referință O₀O_p.

Cu expresia (13) a proiecției b₊, precum și cu notațiile înscrise în schema planului 19 orizontal al pavimentului din fig.8, pentru abscisele x . ale punctelor ale căror imagini se ^y+ 21 proiectează în jumătatea y₊ a senzorului fotoelectric CCD se obține succesiv:

c₊ = b₊ · cos/? = y . · sina^ · cos/? și:

_c x_y. - m- tanβ m m · tan β de unde rezultă:

τ = · tan/?+ sina^ · sin/? (15) 31 (16) în mod analog, cu expresia (14) a proiecției b_, pentru abscisele x · ale punctelor 33 ale căror imagini se proiectează în jumătatea b_, a senzorului fotoelectric CCD se obține succesiv:

c_ = b_ · cosp = y_Py ._· sin α_ρ · οοεβ și _c m - tanβ- x .

m m tan β de unde rezultă:

x_y._ =ητί3ηβ - y_Py._ · sina_p · εΐηβ

Din compararea relațiilor (15) și (16) rezultă următoarea formă generală a relației de 43 calcul al absciselor profilului transversal PT, de drum:

x = ητΐθηβ + y_p · sina_p εϊηβ (17) 45 în care ordonata y_p se introduce cu semnul său + sau

RO 122110 Β1 în cele ce urmează se prezintă și o serie de exemple practice de realizare a echipamentelor de scanare pentru prelevarea profilelor transversale de drum conform invenției.

Astfel ținând seama de înălțimea maxima a neregularităților de drum care pot fi întâlnite în cadrul profilelor transversale de drum supuse testărilor, se începe prin a adopta ca bază de calcul valoarea 2d₀ = 400 mm, pentru înălțimea mediană a câmpului de vedere CV al camerei video CL de tip line scan. De asemenea, se adoptă de la început o valoare potrivită, 2 s = 100 mm pentru lungimea oglinzii Og de scanare .

Pe această bază, pentru două valori diferite ale distanței focale ale obiectivului L al camerei video CL, f= 105 mm și f= 140 mm, se calculează valorile distanței C dintre obiectivul L și planul orizontal mediu al pavimentului, precum și ale distanței m dintre axul de rotație al oglinzii Og de scanare și același plan orizontal, folosind următoarele relații de calcul care rezulta în mod direct din schema prezentată în fig.9:

C=2-t/₀·— ; _m - —2_--,Q (18) «0

Rezultatele calculelor efectuate cu relațiile (20) sunt prezentate în tabelul 1:

Tabelul 1

b[mm] = 35	f[mm]
105	140
C[mm]	1200	1.600
m[mm]	900	1.200

Stabilirea valorilor pentru principalii parametrii care definesc performantele echipamentului de scanare în condițiile în care acesta se deplasează de alungul axei longitudinale (z) a drumului testat, implică de asemenea adoptarea ca bază de calcul a unor valori numerice practice pentru:

Lungimea totală a profilului transversal PT scanat de drum: 2 x_max = 3,0 m;

Intervalul de eșantionare dintre două profile transversale succesive de scanare: D_E -1 m;

Viteza maximă a vehiculului laborator: V = 30 m/s.

Cu aceste valori și cu notațiile înscrise în schema prezentată în fig.10 pentru stabilirea unor caracteristici și performante ale sistemului de scanare, se calculează mai intâi valoarea perioadei T și respectiv frecvența f_m de rotație a oglinzii Og de scanare cu două fețe reflectante:

1

>

(19) astfel ca: f_m = = 15 Hz, ceea ce echivalează cu o viteză de rotație n=900rot/min care reprezintă o valoare uzuală pentru servomotorul SM de acționare a oglinzii Og rotitoare de scanare.

în continuare sunt prezentate o serie de relații de calcul, care rezultă în mod direct din schema prezentată în fig.10, pentru următorii parametrii ai sistemului de scanare:

a) Unghiul maxim de scanare P_max:

tan// =

-^max m

(20)

RO 122110 Β1

b) Deplasarea (devierea) Δζ a liniei de scanare față de axa transversală a drumului: 1 <²¹> ³

c) Durata de timp t în care direcția de vizare scanează un profil transversal complet; 5

Z^max

180°

T (22)

d) Numărul de puncte N eșantionate de-a lungul unui profil transversal:

N = t F_c (23) unde prin F_c s-a notat frecvența de scanare a senzorului CCD. Se adoptă aici, pentru exemplificare, valoarea uzuală pentru camerele video CL de tip line scan: F_c = 5.000 scanări/s.

e) Distanța Δχ măsurată pe direcția transversală a drumului între două puncte succesive de eșantionare:

Δχ = <²⁴>

N

f) Unghiul maxim a_Pmax dintre ordonatele y_p verticale ale profilului transversal PT și planul CVT perpendicular pe direcția de vizare, unghi care se obține pentru valoarea maximă a unghiului de baleiaj P_max:

^tan^max = tancr ^COSAnax și α = 90°-δ (25) unde pentru unghiul δ de înclinare în plan vertical a direcției mediane de vizare față de o direcție perpendiculară pe paviment se adoptă valoarea uzuală: δ = 30°.

g) Valoarea maximă a ordonatei (±)y_Pmax măsurată de echipament în cazul în care unghiul de scanare al acestuia are valoarea maximă P_max:

(±)j>ax _________(C-zw)-cos^_max + TW_________ f · ^C0S^max - (±)y_max ’ sin^_max ’ COS (+)?’ v — / J max (12·) unde y'_max reprezintă valoarea maximă a ordonatelor atribuite pixelilor de pe senzorul 35 fotoelectric CCD de tip line scan adoptat drept exemplu de calcul: (±)y'_max = (±)b/2 = (±)l7,5mm. 37

h) Valoarea maximă a ordonatei (±)y₀ măsurată de echipament în cazul în care unghiul de scanare al acestuia are valoarea β = 0: 39 (±)λ> = _______C_______ /•cosa-(+)/^ șina

max

i) Rezoluția medie R_m de măsurare a ordonatelor (±)y'_max:

(±) y ^NP* (12) (26)

RO 122110 Β1 unde N_pix reprezintă numărul de pixeli ai senzorului fotoelectric COD de tip liniar într-o jumătate din lungimea sa b. Se preia valoarea N_pix=3500 pixeli corespunzătoare aceleiași camere video CL uzuale de tip line scan, adoptată pentru exemplificare.

Rezultatele calculelor efectuate pentru parametrii susmenționați, de asemenea pentru două valori diferite ale distanței focale ale obiectivului L al camerei video CL, f=105 mm și f=140 mm, sunt prezentate în tabelul 2.

Tabelul 2

b[mm]	f[mm]
105	140
pmax[grade]	59,036	51,34
Az[mm]	328	285
tfmsec]	21,87	19,01
Nțeșantionări/profil]	109	95
Ax[mm]	27,52	31,58
a Pmax[grade]	73,46	70,17
+y Pmaxtmm]	867,9	682
Rm(+y) [mm]	0,248	0,1949
+y0 [mm]	562,324	510,53
-y 3max [mm]	478,99	439,19
Rm(-y)[mrn]	0,137	0,125
-y0 [mm]	310,398	328,81

Claims (2)

1. Echipament de scanare pentru prelevarea profilelor transversale ale arterelor rutiere, destinat prelevării automate, prin scanare video, în regim dinamic, a unui profil transversal (PT) de drum, marcat, în mod continuu, cu un fascicul laser (FL) generat de către o sursă laser (SL), punctuală, cu emisie continuă, echipament cuprinzând o cameră video (CL) cu senzori fotoelectrici (CCD), axa camerei video (CL) fiind dispusă într-o poziție înclinată în planul vertical median în care este situată și sursa laser (SL), punctuală și astfel încât axa acestei camere video (CL) să fie perpendiculară pe axa transversală (LM) a drumului, echipament cuprinzând, de asemenea, o oglindă (Og), rotitoare, reflectantă, care este antrenată într-o mișcare continuă de rotație de către un servomotor (SM) pe al cărui ax mai este dispus un traductor (TU) al poziției de rotație, caracterizat prin aceea că are în alcătuire o cameră video (CL) cu senzori fotoelectrici (CCD) în linie pe care este proiectată o imagine liniară, scanată punct cu punct, a profilulului transversal (PT) de drum, de către oglinda (Og) ce este prevăzută cu două fețe reflectante și cu rotire continuă în jurul unei axe proprii (AR), perpendiculară pe respectiva secțiune transversală de drum, marcată în mod continuu, pe toată întinderea sa, de către fasciculul laser (FL) care este evazat într-un plan perpendicular pe suprafața pavimentului, echipament în care senzorii fotoelectrici (CCD) în linie ai camerei video (CL) sunt dispuși astfel încât șiirul liniar al elementelor sale foto

RO 122110 Β1 electrice să se găsească într-o poziție înclinată în plan vertical, poziție care să-i permită să 1 preia valorile de elevație (y.) pe care le poate avea profilul transversal (PT) de drum, în punctul spre care este orientată camera video (CL), la momentul respectiv, prin intermediul 3 oglinzii (Og), rotitoare, de scanare, antrenată de către servomotorul (SM) pe al cărui ax este dispus traductorul (TU) al unghiului curent de rotație al cărui semnal este utilizat pentru 5 calculul abscisei (x,) pe direcția transversală a punctului scanat, ale cărui valori de elevație sunt calculate în raport cu o linie mediană (LM) de referință a respectivului profil transversal 7 (PT) de drum.

2. Echipament conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că mai cuprinde un 9 traductor al vitezei (V) de deplasare a vehiculului laborator (VL), care furnizează un semnal numeric simultan cu imaginile furnizate de camera video (CL) cu senzori fotoelectrici (CCD) 11 în linie, pentru determinarea intervalului de eșantionare (D_E) dintre profilele transversale (PT) prelevate, interval de eșantionare (D_E) ce este menținut în cadrul unor limitele prescrise, cu 13 ajutorul unui dispozitiv de reglare automată a vitezei de rotație (n) a oglinzii (Og), rotitoare, de scanare, în funcție de viteza (V) de deplasare a vehiculului laborator (VL), echipament 15 ce determină densitatea (Δχ) a punctelor scanate pe un profil transversal (PT), prin preluarea, atât a valorii vitezei de rotație (n) a oglinzii (Og), rotitoare, de scanare, cât și a 17 valorii frecvenței (F_c) de scanare a camerei video (CL), stabilită prin comandă externă.