專利名稱：路面彎沉激光高速檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種路面檢測(cè)系統(tǒng)，特別是一種路面彎沉激光高速檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
路面彎沉量是各種公路，機(jī)場(chǎng)路面特別是高速公路的驗(yàn)收和定期檢測(cè)的一個(gè)很重 要的指標(biāo)，但長(zhǎng)期已來(lái)彎沉檢測(cè)設(shè)備仍是人工或低速檢測(cè)設(shè)備，如低速人工的彎沉檢測(cè)設(shè) 備貝克曼梁仍大量用于公路的竣工驗(yàn)收和靜態(tài)檢測(cè)中，近年研制了基于貝克曼梁原理的自 動(dòng)彎沉儀和從國(guó)外引進(jìn)的先進(jìn)的動(dòng)態(tài)彎沉設(shè)備，如落錘式動(dòng)態(tài)彎沉儀FWD，雖可連續(xù)進(jìn)行彎 沉檢測(cè)，但檢測(cè)速度僅能達(dá)到5公里/小時(shí)，遠(yuǎn)達(dá)不到高速公路正常行駛速度，不僅檢測(cè)效 率低，而且不便在高速公路進(jìn)行正常檢測(cè)。因此急需研制滿足能在高速公路正常交通行駛 速度的高速?gòu)澇翙z測(cè)設(shè)備。丹麥荷蘭與美國(guó)等一些國(guó)家正研制用激光傳感的路面彎沉的高速檢測(cè)技術(shù)，如基于激光多普勒效應(yīng)測(cè)量路面變形速度的高速?gòu)澇羶x的設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)是直接用行進(jìn)中的汽車 輪對(duì)地面連續(xù)加載，而用車載的激光多普勒速度傳感器對(duì)路面變形進(jìn)行高速非接觸測(cè)量， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)路面變形的高速或交通速度的檢測(cè)。如用安裝于汽車輪跡線上的縱梁置多個(gè)激 光多普勒速度傳感器測(cè)量路面在滾動(dòng)的車輪加載下產(chǎn)生變形的速度，再由變形速度和有關(guān) 參量計(jì)算得到路面的彎沉和沉盆。顯然其突出優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了高速檢測(cè)，大大提高了檢測(cè)效 率，用滾輪加載和正常交通狀況更一致，測(cè)量更具真實(shí)性。但實(shí)驗(yàn)中仍有許多問(wèn)題尚未解決，而至今仍未形成成熟產(chǎn)品與得到廣泛應(yīng)用。顯 然如何解決運(yùn)動(dòng)幅度比路面變形大幾個(gè)數(shù)量級(jí)的車載平臺(tái)自己的影響是一個(gè)難以解決的 問(wèn)題，而且激光速度傳感器不是測(cè)量的在滿載下路面的變形速度，而是測(cè)量在滾輪前進(jìn)中 沉盆曲線變化的速度，不能直接得到總彎沉和沉盆曲線。計(jì)算總彎沉和沉盆都需要對(duì)測(cè)量 條件多種參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。實(shí)際上總體技術(shù)尚不成熟。由于采用價(jià)格昂貴的精密激光多普勒 速度傳感器系列，其總系統(tǒng)國(guó)際開價(jià)高達(dá)1500萬(wàn)人民幣以上，嚴(yán)重影響高速?gòu)澇良夹g(shù)的工 程應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種直接測(cè)量與顯示路面彎沉和彎沉盆曲線的高速智能 彎沉檢測(cè)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種路面彎沉激光高速檢測(cè)系統(tǒng)，包括載體 車，扇形激光光源，高分辨率CCD攝像機(jī)，里程控制器，計(jì)算機(jī)圖像探測(cè)與信息處理系統(tǒng)，它 還包括標(biāo)準(zhǔn)載荷箱，標(biāo)準(zhǔn)載荷箱設(shè)置在后輪軸上方，扇形激光光源設(shè)置在車體底部的一側(cè)， 該光源發(fā)射的激光束投射到車體另一側(cè)輪隙上，高分辨率CCD攝像機(jī)設(shè)置在該輪隙線上 方，高分辨率CCD攝像機(jī)與激光光源固連于同一梁上，高分辨率CCD攝像機(jī)分別連接計(jì)算機(jī) 圖像探測(cè)與信息處理系統(tǒng)和控制高分辨率CCD攝像機(jī)曝光的里程控制器，并將采集到的數(shù) 據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)圖像探測(cè)與信息處理系統(tǒng)。
上述路面彎沉激光高速檢測(cè)系統(tǒng)可包括一個(gè)激光光源和一個(gè)高分辨率CCD攝像機(jī)，該激光光源對(duì)地面以小于二十度的角度投射到另一側(cè)輪隙線路面，從而形成長(zhǎng)度為路 面彎沉半徑二倍的線結(jié)構(gòu)光圖形，在該結(jié)構(gòu)光圖形的正上方設(shè)置高分辨率CCD攝像機(jī)，與 上述CCD攝像機(jī)相連接的里程控制器用空間周期為線結(jié)構(gòu)光圖形長(zhǎng)度之半的里程信號(hào)控 制CCD攝像機(jī)采集路面圖形。上述路面彎沉激光高速檢測(cè)系統(tǒng)也可以包括兩個(gè)激光光源和兩個(gè)高分辨率CCD 攝像機(jī)，兩扇形激光束對(duì)地面以小于二十度的角度投射到另一側(cè)輪隙線路面，形成兩縱向 中心距離大于路面彎沉半徑的兩段線結(jié)構(gòu)光圖形，第一高分辨率CCD攝像機(jī)設(shè)置在第一結(jié) 構(gòu)光圖形的正上方，第二高分辨率CXD攝像機(jī)設(shè)置在第二結(jié)構(gòu)光圖形的正上方；上述攝像 機(jī)分別與里程控制器相連接，里程控制器的兩列控制信號(hào)空間周期相同但相對(duì)空間延遲間 隔恰等于兩個(gè)線結(jié)構(gòu)激光圖形的縱向中心距離。上述載體車的后輪與前輪的軸距達(dá)路面彎沉半徑的3倍，后輪軸上置加載重物箱 對(duì)后輪的總載荷達(dá)國(guó)家規(guī)程要求。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)1)原理方法明確，它用滾輪在行進(jìn)中加載， 直接測(cè)量路面滿加載狀態(tài)和在無(wú)載狀態(tài)前后的變形差，直觀顯示與嚴(yán)格定量測(cè)量路面彎沉 曲線，克服了國(guó)外正研制的多普勒速度傳感器是間接測(cè)量滾輪行進(jìn)中路面彎沉變化速度， 反算最大形變，存在需對(duì)不同路面進(jìn)行嚴(yán)格標(biāo)定的困難；2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用成熟的結(jié)構(gòu)光 傳感器與高分辨C⑶探測(cè)技術(shù)組合，易于實(shí)現(xiàn)，價(jià)格低，便于推廣；3)不受車體運(yùn)動(dòng)影響也 不需對(duì)測(cè)量條件進(jìn)行限定和復(fù)雜的標(biāo)定；4)能直接測(cè)量和顯示路面在滾輪加載下的總彎 沉和沉盆曲線，能在不影響公路正常交通的情況下，對(duì)各種公路路面彎沉進(jìn)行高速高效的 檢測(cè)。


圖1為本發(fā)明的路面彎沉激光高速檢測(cè)系統(tǒng)單探測(cè)光系統(tǒng)主視圖。圖2為本發(fā)明的路面彎沉激光高速檢測(cè)系統(tǒng)單探測(cè)光系統(tǒng)俯視圖。圖3為本發(fā)明的路面彎沉激光高速檢測(cè)系統(tǒng)雙探測(cè)光系統(tǒng)主視圖。圖4為本發(fā)明的路面彎沉激光高速檢測(cè)系統(tǒng)雙探測(cè)光系統(tǒng)俯視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。本發(fā)明的一種路面彎沉激光高速檢測(cè)系統(tǒng)，包括載體車1，扇形激光光源，高分辨 率C⑶攝像機(jī)，里程控制器11，計(jì)算機(jī)圖像探測(cè)與信息處理系統(tǒng)12，它還包括標(biāo)準(zhǔn)載荷箱4， 標(biāo)準(zhǔn)載荷箱4設(shè)置在后輪軸上方，扇形激光光源設(shè)置在車體底部的一側(cè)，該光源發(fā)射的激 光束投射到車體另一側(cè)輪隙上，高分辨率CCD攝像機(jī)設(shè)置在該輪隙線上方，高分辨率CCD攝 像機(jī)與扇形激光光源固連于同一梁上，高分辨率CCD攝像機(jī)分別連接計(jì)算機(jī)圖像探測(cè)與信 息處理系統(tǒng)12和控制高分辨率CCD攝像機(jī)曝光的里程控制器11，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給 計(jì)算機(jī)圖像探測(cè)與信息處理系統(tǒng)12。載體車1的后輪2與前輪3的軸距達(dá)路面彎沉半徑的3倍，后輪軸上置加載重物 箱4對(duì)后輪的總載荷為國(guó)家規(guī)程要求，在本發(fā)明中可以取10噸。
結(jié)合圖1、圖2，上述的路面彎沉激光高速檢測(cè)系統(tǒng)可包括一個(gè)激光光源5和一個(gè)高分辨率CCD攝像機(jī)9，該激光光源對(duì)地面以小于二十度的角度投射到另一側(cè)輪隙線路面， 從而形成長(zhǎng)度為路面彎沉半徑二倍的線結(jié)構(gòu)光圖形7，在該結(jié)構(gòu)光圖形的正上方設(shè)置高分 辨率CXD攝像機(jī)9。該CXD攝像機(jī)分別與計(jì)算機(jī)12和里程計(jì)11相連接，里程計(jì)用空間周期 為線結(jié)構(gòu)光圖形7長(zhǎng)度之半的里程信號(hào)控制高分辨率CCD攝像機(jī)采集路面圖形，經(jīng)相鄰兩 線激光圖形前后半分段移位相減即可得到彎沉盆曲線和總彎沉。結(jié)合圖2、圖3，上述的路面彎沉激光高速檢測(cè)系統(tǒng)也可以包括兩個(gè)激光光源6、13 和兩個(gè)高分辨率CCD攝像機(jī)10、14，兩扇形激光束對(duì)地面以小于二十度的角度投射到另一 側(cè)輪隙線路面，形成兩縱向中心距離大于路面彎沉半徑的兩段線結(jié)構(gòu)光圖形8、15，第一高 分辨率CXD攝像機(jī)10設(shè)置在第一結(jié)構(gòu)光圖形8的正上方，第二高分辨率CXD攝像機(jī)14設(shè) 置在第二結(jié)構(gòu)光圖形15的正上方；上述攝像機(jī)分別與里程控制器11相連接，里程控制器 的兩列控制信號(hào)空間周期相同但相對(duì)空間延遲間隔恰等于線結(jié)構(gòu)激光圖形8和15的縱向 中心距離。此種方案是一種雙定距匹配線結(jié)構(gòu)激光路面變形差分測(cè)量技術(shù)，一維擴(kuò)束的扇 形光束以小角度傾斜投射于表面形成的線激光能形象顯示而且定量、精確計(jì)算路表面的形 貌，測(cè)量表面的變形，該技術(shù)已在三維形貌和車轍等測(cè)量中得到應(yīng)用，本發(fā)明提出用某路段 的加載前后的結(jié)構(gòu)線激光圖像差分相減，可消除表面自身的不平度，得到路面在給定載荷 下的微應(yīng)變和應(yīng)變曲線，本發(fā)明在載體車下部一側(cè)安置的兩扇形光束光源6、13以小角度 投射到另一側(cè)輪跡帶中輪隙線上，形成縱向距離大于路面彎沉半徑的兩分開的線結(jié)構(gòu)激光 圖形8、15，第二線結(jié)構(gòu)激光圖形15的一端點(diǎn)在加載輪間隙中心，給出按標(biāo)準(zhǔn)加載后的路面 圖形，而離開加載輪，在彎沉盆外的第一線結(jié)構(gòu)激光圖形8則顯示不受輪載壓力時(shí)的路面 圖形，在里程控制器11的脈沖信號(hào)的嚴(yán)格外同步控制下，先后分別得到同一路段在無(wú)載和 滾輪標(biāo)準(zhǔn)加載下的路面圖形，這兩圖形差分得到彎沉和彎沉曲線。對(duì)這兩系列圖形進(jìn)行差 分和統(tǒng)計(jì)運(yùn)算可得到正確的路面彎沉與沉盆曲線。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述單激光探測(cè)系統(tǒng)方案，結(jié)合圖1、圖2，本發(fā)明選用長(zhǎng)軸距載重車作載體車，后輪軸 與前輪軸距離大于6米，且保證前輪輕載，后輪上方設(shè)置加載箱4，用鐵沙或鐵錠配重保證 后軸壓為標(biāo)準(zhǔn)彎沉測(cè)量要求軸壓10噸，扇形激光光源5對(duì)地面以小于二十度的角度投射到 另一側(cè)輪隙線路面，在輪間隙線上形成線結(jié)構(gòu)光圖形7，該結(jié)構(gòu)光圖形的長(zhǎng)度為路面彎沉半 徑的二倍，如4米；用一個(gè)高分辨CXD攝像機(jī)9連接計(jì)算機(jī)12和里程控制器11，攝像機(jī)為 20488*1536面陣高分辨攝像機(jī)，里程控制器11用空間周期為線激光7長(zhǎng)度之半的里程信號(hào) 控制采集路面圖形，將相鄰兩線激光結(jié)構(gòu)圖形前后半分段移位相減可得到彎沉盆曲線和總 彎沉。雙激光探測(cè)系統(tǒng)方案，結(jié)合圖3、圖4，本發(fā)明選用長(zhǎng)軸距載重車作載體車，要求后 輪軸與前輪軸距離大于6米，且保證前輪輕載，后輪上方置加載箱4，用鐵沙或鐵錠配重保 證后軸壓為標(biāo)準(zhǔn)彎沉測(cè)量要求軸壓10噸，在后軸前一側(cè)設(shè)置第二激光光源13，該激光光源 產(chǎn)生的扇形激光束從一側(cè)以小于二十度的角投射于另一側(cè)輪間隙線上，形成通過(guò)后輪隙線 的顯示滾輪加載狀態(tài)的第二結(jié)構(gòu)激光圖形15，線長(zhǎng)取1. 5米，與第二激光光源13同側(cè)設(shè)置 第一激光光源6，該光源在另一側(cè)的輪間隙線上產(chǎn)生與第二線結(jié)構(gòu)激光圖形15共線且長(zhǎng)度 相同并與其距離為3米處形成顯示無(wú)載狀態(tài)下的路面第一線結(jié)構(gòu)激光圖形8，扇激光光源采用功率大于一瓦的532nm的連續(xù)激光。在第一結(jié)構(gòu)光圖形8的正上方設(shè)置第一高分辨率CXD攝像機(jī)10，在第二結(jié)構(gòu)光圖形15的正上方設(shè)置第二高分辨率CXD攝像機(jī)14，攝像機(jī)為 20488*1536面陣高分辨攝像機(jī)，上述攝像機(jī)分別記錄路面在加載和無(wú)載狀態(tài)下的路面結(jié)構(gòu) 光圖形。設(shè)置在后輪軸的碼盤與里程信號(hào)系統(tǒng)11，給出兩列空間周期相同但空間延遲恰為 結(jié)構(gòu)光圖形14和8中心空間距離的外同步信號(hào)，保證第一高分辨率CXD攝像機(jī)10和第二 高分辨率CCD攝像機(jī)14能分別記錄同一路面在變形前和滾輪滿加載下的路面變形結(jié)構(gòu)光 圖形。攝像機(jī)記錄的圖像信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)信息存儲(chǔ)與處理系統(tǒng)12。經(jīng)圖像信息處理和消除 系統(tǒng)誤差可計(jì)算得到彎沉盆曲線和總彎沉。
權(quán)利要求
一種路面彎沉激光高速檢測(cè)系統(tǒng)，包括載體車[1]，扇形激光光源，高分辨率CCD攝像機(jī)，里程控制器[11]，計(jì)算機(jī)圖像探測(cè)與信息處理系統(tǒng)[12]，其特征在于它還包括標(biāo)準(zhǔn)載荷箱[4]，標(biāo)準(zhǔn)載荷箱[4]設(shè)置在后輪軸上方，扇形激光光源設(shè)置在車體底部的一側(cè)，該光源發(fā)射的激光束投射到車體另一側(cè)輪隙上，高分辨率CCD攝像機(jī)設(shè)置在該輪隙線上方，該攝像機(jī)與激光光源固連于同一梁上，高分辨率CCD攝像機(jī)分別連接計(jì)算機(jī)圖像探測(cè)與信息處理系統(tǒng)[12]和控制CCD攝像機(jī)曝光的里程控制器[11]，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)圖像探測(cè)與信息處理系統(tǒng)[12]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面彎沉激光高速檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括一個(gè)扇形激 光光源[5]和一個(gè)高分辨率CCD攝像機(jī)[9]，該扇形激光光源對(duì)地面以小于二十度的角度 投射到另一側(cè)輪隙線路面，從而形成長(zhǎng)度為路面彎沉半徑二倍的線結(jié)構(gòu)光圖形[7]，在該結(jié) 構(gòu)光圖形的正上方設(shè)置高分辨率(XD攝像機(jī)[9]，與上述(XD攝像機(jī)相連接的里程控制器 [11]用空間周期為線結(jié)構(gòu)光圖形[7]長(zhǎng)度之半的里程信號(hào)控制高分辨率CCD攝像機(jī)采集路 面圖形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面彎沉激光高速檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括兩個(gè)扇形激 光光源[6、13]和兩個(gè)高分辨率CCD攝像機(jī)[10、14]，兩扇形激光束對(duì)地面以小于二十度的 角度投射到另一側(cè)輪隙線路面，形成兩縱向中心距離大于路面彎沉半徑的兩段線結(jié)構(gòu)激光 圖形[8、15]，第一高分辨率(XD攝像機(jī)[10]設(shè)置在第一結(jié)構(gòu)光圖形[8]的正上方，第二高 分辨率(XD攝像機(jī)[14]設(shè)置在第二結(jié)構(gòu)光圖形[15]的正上方；上述攝像機(jī)分別與里程控 制器[11]相連接，里程控制器的兩列控制信號(hào)空間周期相同但相對(duì)空間延遲間隔恰等于 兩段線結(jié)構(gòu)激光圖形[8、15]的縱向中心距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的路面彎沉激光高速檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，載體車[1] 的后輪[2]與前輪[3]的軸距達(dá)路面彎沉半徑的3倍，后輪軸上置加載重物箱[4]對(duì)后輪 的總載荷達(dá)國(guó)家規(guī)程要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種路面彎沉激光高速檢測(cè)系統(tǒng)，包括載體車，激光光源，高分辨率CCD攝像機(jī)，里程控制器，計(jì)算機(jī)圖像探測(cè)與信息處理系統(tǒng)，它還包括標(biāo)準(zhǔn)載荷箱，標(biāo)準(zhǔn)載荷箱設(shè)置在后輪軸上方，激光光源設(shè)置在車體底部的一側(cè)，高分辨率CCD攝像機(jī)設(shè)置在車體另一側(cè)輪隙線上方，高分辨率CCD攝像機(jī)與激光光源固連于同一梁上，該攝像機(jī)分別連接計(jì)算機(jī)圖像探測(cè)與信息處理系統(tǒng)和控制CCD攝像機(jī)曝光的里程控制器，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)圖像探測(cè)與信息處理系統(tǒng)。本發(fā)明原理方法明確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于推廣，能直接測(cè)量和顯示路面在滾輪加載下的總彎沉和沉盆曲線，能在不影響公路正常交通的情況下，對(duì)各種公路路面彎沉進(jìn)行高速高效的檢測(cè)。
文檔編號(hào)E01C23/01GK101831862SQ200910025850
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2009年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月11日
發(fā)明者賀寧, 賀安之, 賀斌 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)