專利名稱：路面斷面形變自動(dòng)檢測(cè)裝置的制作方法
專利說明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實(shí)用新型涉及一種路面縱向平整度和橫向車轍等公路表面斷面形變的測(cè)定裝置，特別是一種適合完成路面、尤其是高等級(jí)公路的表面斷面形變測(cè)定的路面斷面形變自動(dòng)檢測(cè)裝置。
二、技術(shù)背景路面、特別是高等級(jí)公路路面的不平度和車轍不僅會(huì)引起車體顛簸、使乘坐人員不舒適，而且會(huì)加速車輛的損傷，甚至引起交通事故，因此這兩項(xiàng)指標(biāo)一直是作為確定路面維修時(shí)機(jī)和方式的基本依據(jù)和重要參數(shù)。在公路發(fā)展過程中，已開發(fā)了多種檢測(cè)儀器與技術(shù)，并制定了相應(yīng)的檢測(cè)規(guī)程。早期使用的為人工或低速檢測(cè)技術(shù)，如三米尺，八輪測(cè)平車(時(shí)速小于每小時(shí)五公里)，橫斷面尺等，這種接觸式的測(cè)量方法，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，在測(cè)量時(shí)還要影響正常交通；近年來發(fā)展了一些較高速、非接觸式的車載檢測(cè)儀器如顛簸累積儀，激光、超聲測(cè)平車以及根據(jù)三角測(cè)距原理設(shè)計(jì)而成的激光路面斷面高程儀，分別采用加速度傳感器、角速度傳感器修正車體振動(dòng)形成的測(cè)量誤差，以及用二次差分原理的共梁雙精密高程測(cè)量方法等對(duì)路面平整度和車轍參數(shù)進(jìn)行快速測(cè)量。上述裝置(系統(tǒng))利用激光傳感器或超聲傳感器對(duì)縱向平整度數(shù)據(jù)采用等間距或定時(shí)采樣得到，對(duì)于橫向車轍數(shù)據(jù)采用橫向等間距(最少3點(diǎn))、縱向等間距采樣或“之”字形掃描采樣等方式得到。如專利號(hào)為00240679的實(shí)用新型公開了一種“激光斷面高程儀”，它是由紅外半導(dǎo)體激光發(fā)射器、光學(xué)接收透鏡、高速CCD接收器構(gòu)成三組結(jié)構(gòu)和性能均相同的光電測(cè)距探頭，分別設(shè)置于檢測(cè)車體的前后端，其中一個(gè)探頭可對(duì)前方路面進(jìn)行大范圍擺動(dòng)掃描，另兩個(gè)探頭對(duì)路面進(jìn)行垂直掃描，它們可在同步驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)對(duì)路面平整度和車轍的高速、實(shí)時(shí)測(cè)量。對(duì)于平整度檢測(cè)，車體振動(dòng)造成的影響用二次差分原理的共梁雙精密高程測(cè)量方法解決；車轍數(shù)據(jù)以“之”字形掃描采樣方式得到，車體振動(dòng)帶來的影響沒有看到解決措施，其結(jié)果是測(cè)量精度難于保證。另外還有一種有代表性的方式為在車的前部安制一排激光或超聲傳感器，用加速度傳感器計(jì)算修正車體振動(dòng)帶來的影響，但存在著加速度傳感器對(duì)俯仰和轉(zhuǎn)彎很敏感與標(biāo)定困難的問題。除了上述明顯問題，由于傳感器安裝尺寸的限制，上述方案還均存在采樣密度受限等問題。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種非接觸式的、高密度、數(shù)字和圖像直觀可見的路面斷面形變自動(dòng)檢測(cè)裝置，它可給出毫米級(jí)間隔、且絕對(duì)截面意義上的測(cè)量數(shù)據(jù)。
本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。路面斷面形變自動(dòng)檢測(cè)裝置，它由檢測(cè)車體、探測(cè)系統(tǒng)和處理系統(tǒng)構(gòu)成，其特征在于探測(cè)系統(tǒng)為兩組，其結(jié)構(gòu)相同，均由兩個(gè)相連的且底面敞開的不透光長(zhǎng)方箱體和分別安裝在兩箱體內(nèi)的輔助光源以及高速CCD攝像機(jī)組成，處理系統(tǒng)由用于定位的光碼里程儀和帶圖像采集卡的計(jì)算機(jī)組成；兩組探測(cè)系統(tǒng)分別安裝于檢測(cè)車體的側(cè)面和后部(或前部)，分別構(gòu)成路面平整度檢測(cè)系統(tǒng)和路面車轍檢測(cè)系統(tǒng)，探測(cè)系統(tǒng)內(nèi)CCD攝像機(jī)的光軸垂直于所測(cè)表面，輔助光源和高速CCD攝像機(jī)由計(jì)算機(jī)控制同步工作；處理系統(tǒng)中的光碼里程儀安置在檢測(cè)車體的車輪中心軸上，其輸出端與帶圖像采集卡的計(jì)算機(jī)連接，它起定位作用，隨時(shí)向計(jì)算機(jī)提供道路里程信息；帶圖像采集卡的計(jì)算機(jī)安裝于檢測(cè)車體內(nèi)。為加強(qiáng)被檢測(cè)路面的對(duì)比圖像，兩箱體的連接面底部要略高于兩箱體的外周面，在兩箱體的連接面下端還設(shè)置一個(gè)影像參考尺。
本實(shí)用新型所述的路面斷面形變自動(dòng)檢測(cè)裝置是根據(jù)結(jié)構(gòu)光測(cè)距原理設(shè)計(jì)而成，它是一種基于輔助光照明的CCD路面斷面形變自動(dòng)檢測(cè)裝置。檢測(cè)時(shí)，箱體內(nèi)的輔助光源照射被測(cè)表面，在CCD攝像機(jī)的成像視場(chǎng)中就會(huì)投影形成三個(gè)明顯的灰度區(qū)域，即影像參考尺成像區(qū)、照明可見區(qū)和陰影區(qū)，影像參考尺成像區(qū)與照明可見區(qū)之間形成邊界線B1，照明可見區(qū)和陰影區(qū)之間形成邊界線B2。由于結(jié)構(gòu)安裝關(guān)系確定，上述成像中影像參考尺成像區(qū)與照明可見區(qū)之間形成的邊界線B1始終為一條直線；若被測(cè)表面為平面，則燈光投影后照明可見區(qū)和陰影區(qū)之間形成邊界線B2就為直線，若被測(cè)表面為曲面，則燈光投影線后照明可見區(qū)和陰影區(qū)之間形成邊界線B2就為曲線。這兩條邊界線B1和B2對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離變化就反映了所測(cè)表面高度的相對(duì)變化。本裝置在測(cè)試時(shí)，可以不受車體振動(dòng)的影響，應(yīng)為車體振動(dòng)影響的是被測(cè)表面的上切線C與影像參考尺成像區(qū)和照明可見區(qū)之間形成的邊界線B1之間的距離，而被測(cè)表面上切線C的各點(diǎn)與照明可見區(qū)和陰影區(qū)之間形成邊界線B2的各點(diǎn)距離始終不變，計(jì)算機(jī)通過以下公式即可得出路面具體變化數(shù)值H(i)H(i)＝f[C(i)，B2(i)]＝k1*k2*(Yci-Yb2i)其中K1為攝像機(jī)標(biāo)定系數(shù)；C為平行于B1線并且上切B2線的直線，i為成像平面的橫坐標(biāo)位置；C(i)、B(i)分別表示橫坐標(biāo)為i的直線C和曲線B2上的縱坐標(biāo)位置YCi和Y2i。
K2為tg(α)；α為最右側(cè)光線和調(diào)試平面(地平面)的夾角。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有大量程、高連續(xù)性、長(zhǎng)距離等特點(diǎn)，采樣密度高，可達(dá)毫秒級(jí)間隔精度，采樣處理結(jié)果不受車體上下振動(dòng)的影響，能得到形變圖象結(jié)果，數(shù)字和圖像直觀可見，是絕對(duì)截面意義上的測(cè)量數(shù)據(jù)。并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，可廣泛應(yīng)用于公路驗(yàn)收、路況普查等。
四

圖1為本實(shí)用新型所述路面斷面形變自動(dòng)檢測(cè)裝置的總體安裝位置示意圖。
圖2為本實(shí)用新型中探測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖2的左視圖。
圖4是當(dāng)被測(cè)表面為平面時(shí)，CCD攝像機(jī)的成像示意圖。
圖5是當(dāng)被測(cè)表面為曲面時(shí)，CCD攝像機(jī)的成像示意圖。
圖6為形變測(cè)量計(jì)算原理示意圖。
五、具體實(shí)施方案
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
參見圖1、圖2和圖3，本實(shí)用新型所述的路面斷面形變自動(dòng)檢測(cè)裝置，它是由檢測(cè)車體、兩組結(jié)構(gòu)相同的探測(cè)系統(tǒng)a和b以及處理系統(tǒng)構(gòu)成。探測(cè)系統(tǒng)a由兩個(gè)相連的且底面敞開的不透光長(zhǎng)方箱體1和2以及分別位于兩箱體內(nèi)的輔助光源3、高速CCD攝像機(jī)4以及影像參考尺5組成，輔助光源3采用恒光或閃光方式輔助照明，安裝固定在箱體1內(nèi)，距離地面20cm到30cm；CCD攝像機(jī)4采用高速面陣CCD攝像機(jī)，它安裝固定在箱體2內(nèi)，距離地面約120cm，其光軸垂直于所測(cè)表面8；影像參考尺5長(zhǎng)度為120cm，安裝在兩相體連接面的下端，距離地面約15cm高。處理系統(tǒng)由光碼里程儀和帶圖像采集卡的計(jì)算機(jī)6組成，光碼里程儀安裝在檢測(cè)車體7任意后輪中心軸的外端，輔助光源3和高速CCD攝像機(jī)4由計(jì)算機(jī)6控制同步工作，探測(cè)系統(tǒng)a安裝于檢測(cè)車體7的側(cè)面，探測(cè)系統(tǒng)b安裝于檢測(cè)車體7的后部，帶圖像采集卡的計(jì)算機(jī)6安裝于檢測(cè)車體7內(nèi)。
當(dāng)被測(cè)表面8為平面時(shí)，高速CCD攝像機(jī)4通過燈光照射投影后的圖像如圖4所示，當(dāng)被測(cè)表面8為曲面時(shí)，高速CCD攝像機(jī)4通過燈光照射投影后的圖像如圖5所示。圖4、圖5中的邊界線B1與B2對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離變化就反映所測(cè)表面8高度的相對(duì)變化，通過標(biāo)定可給出具體變化數(shù)值。形變測(cè)量計(jì)算的原理見圖6所示。
權(quán)利要求1.一種路面斷面形變自動(dòng)檢測(cè)裝置，它由檢測(cè)車體[7]、探測(cè)系統(tǒng)和處理系統(tǒng)構(gòu)成，其特征在于探測(cè)系統(tǒng)為兩組，其結(jié)構(gòu)相同，均由兩個(gè)相連的且底面敞開的不透光長(zhǎng)方箱體[1]、[2]和分別安裝在兩箱體內(nèi)的輔助光源[3]以及高速CCD攝像機(jī)[4]組成，處理系統(tǒng)由用于定位的光碼里程儀和帶圖像采集卡的計(jì)算機(jī)[6]組成；CCD攝像機(jī)[4]的光軸垂直于所測(cè)表面[8]，輔助光源[3]和高速CCD攝像機(jī)[4]由計(jì)算機(jī)[6]控制同步工作，兩組探測(cè)系統(tǒng)分別安裝于檢測(cè)車體[7]的側(cè)面和后部或前部，處理系統(tǒng)中的光碼里程儀安置在檢測(cè)車體[7]的車輪中心軸上，其輸出端與帶圖像采集卡的計(jì)算機(jī)[6]連接，帶圖像采集卡的計(jì)算機(jī)[6]安裝于檢測(cè)車體[7]內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面斷面形變自動(dòng)檢測(cè)裝置，其特征在于上述探測(cè)系統(tǒng)中，兩箱體[1]、[2]的連接面底部略高于兩箱體的外周面，在兩箱體[1]、[2]的連接面下端設(shè)置有影像參考尺[5]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的路面斷面形變自動(dòng)檢測(cè)裝置，其特征在于輔助光源[3]采用恒光或閃光加聚光方式輔助照明。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于輔助光照明的路面斷面形變自動(dòng)檢測(cè)裝置，該裝置是由檢測(cè)車體、兩組結(jié)構(gòu)相同的探測(cè)系統(tǒng)以及處理系統(tǒng)構(gòu)成。探測(cè)系統(tǒng)由兩個(gè)相連的且底面敞開的不透光長(zhǎng)方箱體以及分別位于兩箱體內(nèi)的輔助光源、高速CCD攝像機(jī)和影像參考尺組成，處理系統(tǒng)由光碼里程儀和帶圖像采集卡的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成。兩組探測(cè)系統(tǒng)分別安裝于檢測(cè)車體的側(cè)面、前部或后部，構(gòu)成路面平整度檢測(cè)系統(tǒng)和路面車轍檢測(cè)系統(tǒng)。本實(shí)用新型具有大量程、高連續(xù)性、長(zhǎng)距離等特點(diǎn)，它可給出毫米級(jí)間隔、且絕對(duì)截面意義上的測(cè)量數(shù)據(jù)。并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，可廣泛應(yīng)用于公路驗(yàn)收、路況普查等。
文檔編號(hào)E01C23/01GK2656486SQ0327805
公開日2004年11月17日 申請(qǐng)日期2003年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月27日
發(fā)明者唐振民, 趙春霞, 楊靜宇 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)