一種路面構造信息的檢測系統的製作方法
2023-11-30 15:41:01
一種路面構造信息的檢測系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種路面構造信息的檢測系統，該系統包括：信號發射裝置，信號採集裝置，數據處理系統。所述的信號發射裝置為多線雷射發射裝置，能夠持續發射多條一字線型雷射信號。所述的信號採集裝置包括雷射信息採集系統，距離信息採集器，儀器相位採集器。所述的數據處理系統將雷射信息、距離信息、儀器相位信息進行分析處理得出路面構造信息。本發明的路面構造信息檢測系統可以高速、高精、高可靠性的檢測路面構造。
【專利說明】一種路面構造信息的檢測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及公路工程【技術領域】，更具體涉及一種路面構造信息的檢測系統。
【背景技術】
[0002]路面平整度是路面施工驗收中的一個重要指標。平整度直接反映了車輛行駛的舒適度及路面的安全性和使用期限。路面平整度的檢測能為路面的維修、養護及翻修等提供重要的信息。另一方面，路面平整度的檢測能準確地為路面施工提供一個質量評定的客觀指標。
[0003]在20世紀70、80年代，平整度測量設備主要是水平儀、三米直尺等，測試精度低、速度慢，一般只能抽樣調查；到90年代初，檢測手段有一定的提高，如連續式平整度儀，但仍僅能檢測路面平整度，不能同時檢測車轍等橫向構造指標，且存在可重複性差、測試速度慢的缺點。
[0004]在當今的路面平整度測量中，主要的平整度指標為國際平整度指標IRI (International Roughness Index)。國際平整度指標IRI是被廣泛採用的路面平整度指標。國際平整度指標IRI的優點是具有很強的時間穩定性和空間穩定性，這使得不同時間和地點檢測的國際平整度指標IRI值可進行直接比較。
[0005]國際平整度指標IRI的計算是基於四分之一車輛仿真模型。四分之一車輛仿真模型用於模擬車輛機械系統在路面縱斷面曲線輸入的激勵下的動態響應。通過四分之一車輛仿真模型計算模型車車輛懸掛系統的單向位移量，將各次計算的單向位移值累加(單位為m)並與路段長度相除(單位為km)，即可以得到國際平整度指標IRI，其單位為m/km。
[0006]路面平整度的傳統測量方法主要分為兩大類:第一類為縱斷面測定(直接式檢測)，即測出路面縱斷面剖面曲線，然後對測出的縱斷面曲線進行數學分析得出平整度指標。第二類為車輛對路面的反應測定(響應式檢測)，即測出車輛對路面縱斷面變化的力學響應，然後對測出的力學響應進行數學分析得出平整度指標。
[0007]通常，第一類檢測方法可用於路面施工質量驗收與評價，而第二類檢測方法主要用於路面周期性評價。但第二類檢測儀器常要藉助於第一類檢測儀器進行指標檢定。對直接式檢測類平整度檢測儀而言，主要的平整度指標就是國際平整度指標IRI。
[0008]幾乎所有的自動化路面斷面曲線檢測系統(直接式檢測類)都包含國際平整度指標IRI的計算軟體包。因此只要獲得路面縱斷面剖面曲線，就能較易獲得國際平整度指標IRI。
[0009]而響應式檢測類的檢測對象主要包括檢測車輛的動態垂直加速度和垂直位移。當平整度檢測儀檢測的對象是車輛的動態垂直加速度時，此類平整度檢測儀可歸為電子響應式檢測類；當平整度檢測儀檢測的對象是車輛的動態垂直向累積位移量時，此類平整度檢測儀可歸為機械響應式檢測類。
[0010]對電子響應式檢測類儀器而言，由於其檢測的對象是車輛的動態垂直加速度，檢測原理相對簡單，其平整度指標為各採樣點垂直加速度的根平方值均值，簡稱RMSVA (RootMean Square of Vertical Acceleration)。一般 RMSVA 與國際平整度指標 IRI 具有很好的相關性。
[0011]而機械響應式檢測類平整度儀的工作原理則是通過檢測車體與後軸的相對位移單向累積數值來間接計算路面平整度。當車輛行駛時，由於路面的不平整會使後橋與車廂之間產生上下相對位移，此時檢測儀的鋼絲繩會帶動高精度位移傳感器轉動，使高精度位移傳感器輸出一系列的脈衝信號，這些脈衝信號經過一定的預處理，每一脈衝輸出成為一定的單向位移量信號，此信號再經過數據採集與處理系統的預處理得到單向位移值，此單向位移累積值在計數器上進行累積，測量時單向位移累積值每增加一釐米計數器就記錄一個數。計數器記錄的單向位移累積值，連同行車的距離信號一起，以一定的數據模式記錄在數據文件中，供數據處理系統進一步分析得出路面平整度指標-顛簸累積值VBI。
[0012]專利號200620097180.0的專利提供了一個路面平整度測量裝置，其包括一個數據採集計算機和兩套由雷射測距儀與加速度計構成的平整度測量單元，兩套平整度測量單元分別安裝在機動車左右輪跡處，數據採集計算機通過加速度採集卡連接加速度計，通過雷射數據採集卡連接雷射車測距儀，加速度計的敏感軸方向與雷射線一致。解決了經濟和高效的進行路面平整度高精度測量的問題，滿足高速測試要求，克服了原有系統測量採樣頻率與測量速度不匹配的問題，降低了數據冗餘，提高了測量的精度，並可以方便地安裝到車載平臺中，與其它路面測試裝置集成。
[0013]傳統的平整度測量設備主要是水平儀、三米直尺以及連續式平整度儀等，測試精度低、速度慢、可重複性差，一般測量速度小於5公裡，費時費力，使用危險性大，特別是在聞速公路上，基本無法使用。
[0014]現有的一些基於慣性補償的平整度測量設備，由於其慣性補償算法簡單，只能滿足高速條件下(一般不小於25公裡/小時的運行速度)的平整度測量，而在較低速度下，由於慣性補償的漂移，不能輸出正確的測量結果。
[0015]現有對路面構造進行測定的儀器設備僅停留在斷面類和反應類的測定方法，對路表面的整體3D構造沒有全面地進行測定分析，存在一定的局限性。
【發明內容】
[0016](一)要解決的技術問題
[0017]本發明要解決的技術問題就是提供一種可以高速、高精、高可靠性的檢測路面構造信息的系統。
[0018](二)技術方案
[0019]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種路面構造信息的檢測系統，該系統包括:信號發射裝置，信號採集裝置，數據處理系統；
[0020]所述的信號發射裝置為多線雷射發射裝置，能夠持續發射多條一字線型雷射信號;
[0021]所述的信號採集裝置包括雷射信息採集系統，距離信息採集器，儀器相位採集器；
[0022]所述的雷射信息採集系統包括多個攝像頭，所述的信號採集裝置和數據處理系統採用高速數據線連接，將信號採集裝置採集的雷射信息、距離信息、儀器相位信息發送至數據處理系統；
[0023]所述的數據處理系統將雷射信息、距離信息、儀器相位信息進行分析處理得出路面構造信息，並將路面構造進行3D成型。
[0024]其中，所述的雷射信息採集系統採用攝像頭高速拍下雷射線掃描處的線型。
[0025]其中，所述的距離信息採集器採用雷射測距單元測出攝像頭所處位置距離路面的
垂直距離。
[0026]其中，所述的儀器相位採集器採用高精度IMU測出儀器的水平角度偏移，根據GPS定位確定的儀器所處位置的樁號，確定儀器所處位置的縱坡，確定儀器相對於水平路面的角度偏移。
[0027]其中，所述的數據處理系統根據攝像頭所處位置距離路面的垂直距離和儀器相對於水平路面的角度偏移，並根據儀器所處位置的縱坡進行修正，確定路面構造信息檢測系統與路面的相對位置。
[0028]本發明還提供了使用所述的路面構造信息的檢測系統進行檢測的方法，它包括以下步驟:
[0029]步驟1:每隔預定時間間隔測量公路表面的雷射線掃描處的線型；
[0030]步驟2:同步測量儀器相對於水平路面的角度偏移；
[0031]步驟3:同步測量各攝像頭所處位置距離路面的垂直距離；
[0032]步驟4:同步採用GPS的定位確定儀器所處位置的樁號，並確定儀器所處位置的縱坡；
[0033]步驟5:通過將各攝像頭所處位置距離路面的垂直距離和儀器相對於水平路面的角度偏移，並根據儀器所處位置的縱坡進行修正，確定路面構造信息檢測系統與路面的相對位置；
[0034]步驟6:通過數據處理系統將雷射信息、距離信息、儀器相位信息進行分析處理得出路面構造信息，並將路面構造進行3D成型。
[0035](三)有益效果
[0036]與目前已有的路面平整度檢測產品相比，本發明路面構造信息檢測系統在相同時間內所採集的路面構造數據信息量遠遠超出目前已有的路面平整度檢測產品所採集的路面構造數據信息量，因此本發明路面構造信息檢測系統是高速、高精、高可靠性的路面構造檢測系統。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0038]圖1是本發明路面構造信息檢測系統的一個俯視工作原理圖；
[0039]圖2是本發明路面構造信息檢測系統的一個側視工作原理圖；
[0040]圖3是本發明路面構造信息檢測系統的安裝示意圖；
[0041]圖4是本發明路面構造信息檢測系統的攝像頭採集的雷射線型圖；圖中:1車輪，2空氣懸掛，3可調整空氣懸掛，4GPS和MU安裝位置，5雷射線，6雷射線，7主機，8汽車。【具體實施方式】
[0042]下面結合附圖和實施例對本發明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不能用來限制本發明的範圍。
[0043]參見附圖，本發明所述的路面構造信息檢測系統首先在檢測橫梁上安裝一字線型雷射發射裝置G1-G16，雷射距離採集器G17、G18，攝像頭Cl、C2，檢測橫梁的一端用兩個車輪I配以空氣懸掛2支撐，另一端配備可調整高度空氣懸掛3支撐於汽車8的後備箱內。檢測橫梁上的一字線型雷射發射裝置按等距20cm排列，縱向3m共16個雷射發射裝置，橫向每個一字線雷射發射裝置在路面照出的雷射線長3m，如圖中5、6所示。檢測橫梁的中間安裝GPS和高精度MU，位置如圖中4所示。所有的傳感器與牽引車8內的主機7相連，同步採集路面構造信息。牽引車採用配備空氣懸掛的越野車或皮卡車，具有定速巡航功能，能控制車速。
[0044]本發明所述的路面構造信息檢測系統的運行包括以下步驟:
[0045]保證車輛勻速在路面上行駛，通過攝像頭C1、C2獲取測試路面上各條雷射線型。
[0046]通過GPS和高精度IMU同步採集路面構造信息檢測系統所處的樁號，路面縱坡，儀器在水平方向上的角度偏移。
[0047]通過雷射距離採集器同步獲取攝像頭與路面之間的距離。
[0048]同步將採集的數據記錄到數據處理系統，進行分析處理得出路面構造，並將路面構造進行3D成型。
[0049]以上實施方式僅用於說明本發明，而非對本發明的限制。儘管參照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行各種組合、修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和範圍，均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1.一種路面構造信息的檢測系統，其特徵在於，該系統包括:信號發射裝置，信號採集裝置，數據處理系統； 所述的信號發射裝置為多線雷射發射裝置，能夠持續發射多條一字線型雷射信號； 所述的信號採集裝置包括雷射信息採集系統，距離信息採集器，儀器相位採集器； 所述的雷射信息採集系統包括多個攝像頭，所述的信號採集裝置和數據處理系統採用高速數據線連接，將信號採集裝置採集的雷射信息、距離信息、儀器相位信息發送至數據處理系統； 所述的數據處理系統將雷射信息、距離信息、儀器相位信息進行分析處理得出路面構造信息，並將路面構造進行3D成型。
2.根據權利要求1的路面構造信息的檢測系統，其特徵在於，所述的雷射信息採集系統採用攝像頭高速拍下雷射線掃描處的線型。
3.根據權利要求1的路面構造信息的檢測系統，其特徵在於，所述的距離信息採集器採用雷射測距單元測出攝像頭所處位置距離路面的垂直距離。
4.根據權利要求1的路面構造信息的檢測系統，其特徵在於，所述的儀器相位採集器採用高精度IMU測出儀器的水平角度偏移，根據GPS定位確定儀器所處位置的樁號，確定儀器所處位置的縱坡，確定儀器相對於水平路面的角度偏移。
5.根據權利要求1至4任一項的路面構造信息的檢測系統，其特徵在於，所述的數據處理系統根據攝像頭所處位置距離路面的垂直距離和儀器相對於水平路面的角度偏移，並根據儀器所處位置的縱坡進行修正，確定路面構造信息檢測系統與路面的相對位置。
6.使用權利要求1至5任一項的路面構造信息檢測系統進行檢測的方法，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟1:每隔預定時間間隔測量公路表面的雷射線掃描處的線型； 步驟2:同步測量儀器相對於水平路面的角度偏移； 步驟3:同步測量各攝像頭所處位置距離路面的垂直距離； 步驟4:同步採用GPS定位確定儀器所處位置的樁號，並確定儀器所處位置的縱坡； 步驟5:通過將各攝像頭所處位置距離路面的垂直距離和儀器相對於水平路面的角度偏移，並根據儀器所處位置的縱坡進行修正，確定路面構造信息檢測系統與路面的相對位置； 步驟6:通過數據處理系統將雷射信息、距離信息、儀器相位信息進行分析處理得出路面構造信息，並將路面構造進行3D成型。
【文檔編號】G01B11/30GK104005324SQ201410172020
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年4月25日 優先權日:2014年4月25日
【發明者】江宏, 吳文超, 楊華 申請人:江宏, 吳文超