專利名稱：一種城市基礎設施快速檢測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種城市基礎設施檢測系統(tǒng)，尤其是城市道路、高架、市政設施快速檢測的系統(tǒng)。
背景技術：
鑒于現(xiàn)有城市不同設施分開檢測技術的使用和推廣，各種分項設施檢測的模塊化程度已經(jīng)相對較高，如道路檢測車車已經(jīng)在各省市的道路檢測中得到很好的應用，市政設施檢測車也已經(jīng)數(shù)字城管數(shù)據(jù)采集中成為了ー種普遍使用的方法。但由于現(xiàn)有的各種檢測系統(tǒng)復雜、相關設備繁多且沒有統(tǒng)ー集成的系統(tǒng)，最終造成了無法一次性采集所需的數(shù)據(jù)而需分開多次采集，導致成本増加、エ期延長。同時，現(xiàn)有設備都存在各種檢測模塊未能靈 活選配，市面上的所有產品皆是全功能產品，不能滿足用戶選配功能定制產品的需求。從成本上考慮由于市面上現(xiàn)有的眾多檢測設備裝配的傳感器都是采用國外設備，且供電體系都采用的是發(fā)電機供電模式，如此造成了產品成本大幅度攀升。面對于市面上現(xiàn)有類似產品的上述問題。城市基礎設施快速檢測系統(tǒng)本著并滿足現(xiàn)有檢測指標的前提下以輕量、便捷、模塊化為主體的思想進行研制。產品更加輕便、靈活，適合各類復雜城市檢測的需要?，F(xiàn)有技術的主要缺陷為1.沒有集成的一體化系統(tǒng)設備，無法一次性采集所需的設施數(shù)據(jù)；2.控制設備具有明顯的局限性性，只能連接現(xiàn)有設備，難以擴充其他傳感器；
3.現(xiàn)有檢測系統(tǒng)使用限制條件太多，載車的類型都為中小型客車，在部分道路中特別是市政道路存在著限高的約束條件。同時對駕駛人員的駕駛水平也有著限制。且一般載車型號固定，極大限制了產品的適應性；4.現(xiàn)有檢測系統(tǒng)設備多采用國外設備，且無論從載車型號、供電模式等方面原材料成本很高，且供貨時間長；5.對于車體改裝以及外掛結構件安裝，現(xiàn)有檢測系統(tǒng)多采用的方式破壞性強，不可復原。所有設備、結構件與載車一體，ー些無法自由方便拆卸，一些甚至不能拆卸。且改裝エ藝復雜，產品生產時間周期較長；6.檢測系統(tǒng)都是捆綁式安裝，各個系統(tǒng)無法獨立存在。無法滿足用戶自定義需求；7.產品內部組成過于固定，大多數(shù)檢測設備型號無替代產品。

發(fā)明內容
本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術所存在的技術問題；設計擴充性高且模塊化的控制系統(tǒng)，方便擴充接入城市各種設施采集所必須的傳感器，一體化集成城市設施各類設施數(shù)據(jù)采集。控制器由模板和各傳感器控制板組成，模板負責基礎通信和控制，各傳感器控制板實現(xiàn)單獨傳感器控制，從而便于擴充傳感器以實現(xiàn)其他功能。本發(fā)明還有一目的提供一種載車類型為小型越野車或者輕型商務車，所有設備安裝后檢測系統(tǒng)設備整體高度不會超過市內一般限高值，不再受限高影響而造成部分道路不能檢測，且轉彎半徑小，在城市復雜道路情況下尤為有利。對駕駛人員的水平限制降低。同時對具體載車型號要求不高，増大了產品的適應性的ー種城市基礎設施快速采集系統(tǒng)。
本發(fā)明還有一目的是解決現(xiàn)有技術所存在的技術問題；提供了一種采用國產化傳感器設備，且修改了供電模式，極大程度上降低了產品的生產成本，同時增強了產品的穩(wěn)定性。并消除了傳統(tǒng)發(fā)電機供電模式下帯來的高噪音、震動等不良用戶體驗的ー種城市基礎設施快速采集系統(tǒng)。本發(fā)明再有一目的是解決現(xiàn)有技術所存在的技術問題；提供了ー種對于車體改裝以及外掛結構件安裝都采集用可恢復性安裝，在拆卸后可還原成載車原始狀態(tài)。并且極大程度上減少了改裝工作量，減少了產品生產周期的ー種城市基礎設施快速采集系統(tǒng)。本發(fā)明再有一目的是解決現(xiàn)有技術所存在的技術問題；提供了ー種所有檢測、計算設備都是采用外掛式安裝模式。各個檢測系統(tǒng)單獨組成ー個檢測単元，用戶可以根據(jù)各自需求組織檢測單元最終形成自定義產品，完全滿足用戶自己的需求的ー種城市基礎設施快速采集系統(tǒng)。本發(fā)明最后有一目的是解決現(xiàn)有技術所存在的技術問題；開發(fā)設計高度兼容的傳感器控制接ロ軟件，提供了一種傳感器高度兼容性，各個系統(tǒng)都可兼容十多款傳感器進行 任意選擇。用戶可以根據(jù)自己需求進行任意搭配的ー種城市基礎設施快速采集系統(tǒng)。本發(fā)明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的ー種城市基礎設施快速采集系統(tǒng)，其特征在于，包括一套由衛(wèi)星基準站、GPSJf導和DMI組成的定位系統(tǒng)；一套兼容多傳感器控制的傳感器軟件接ロ程序；與定位系統(tǒng)相結合的ー套道路評價指標采集子系統(tǒng)、地面設施數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)以及高架底面數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；同時與道路評價指標采集子系統(tǒng)、地面設施數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)以及高架底面數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)連接的高擴充性的控制系統(tǒng)，便于擴充接入各種設施采集所須的傳感器并實現(xiàn)其控制；以及給所述道路指標采集子系統(tǒng)、地面設施采集子系統(tǒng)以及高架底面采集子系統(tǒng)供電的電カ系統(tǒng)。本發(fā)明包括基于模塊化控制思想的集成同步控制器，控制器由母板和各傳感器控制板組成，母板負責基礎通信和控制，各傳感器控制板實現(xiàn)單獨傳感器控制，從而便于擴充傳感器以實現(xiàn)其他功能。本發(fā)明主要的創(chuàng)新點在于(I)根據(jù)模塊化控制的思想，采用母板與子板概念設計控制設備，母板負責基礎通信，子板負責實現(xiàn)各傳感器控制，從而達到任意擴充傳感器的目的，便于系統(tǒng)擴充。(2)通過GPS授時與高穩(wěn)晶體振蕩器結合，建立了系統(tǒng)的時間基準；通過基準站、慣導、GPS與DMI組合，建立系統(tǒng)的空間基準；通過高精度的時間與空間位置的匹配，實現(xiàn)了系統(tǒng)的時空統(tǒng)一，即可查找某ー時刻對應的空間位置，通過空間位置也可以查詢事件發(fā)生的時間。(3)設計和實現(xiàn)了基于高精度時間坐標系的車載城市設施快速檢測系統(tǒng)的多傳感器集成與同步控制方案，并分析了在該方案下的同步誤差以及對多源數(shù)據(jù)融合后系統(tǒng)檢測精度的影響。同時在傳統(tǒng)的同步控制設備基礎上基于模塊化控制思想，提高設備可擴充性，便于根據(jù)需要增加采集檢測設備并實現(xiàn)控制。。(4)對車輛運動進行動力學分析的基礎上，提出了基于多項式擬合的車輛運行軌跡的數(shù)據(jù)處理方法、基于控制點的近景攝影檢測的POS誤差校正模型、基于控制點高程的激光掃描檢測的高程誤差校正模型以及激光掃描三維空間數(shù)據(jù)與CCD影像的配準模型。
(5)在車載道路快速檢測與檢測模塊的功能研究中，提出了以車輛初始垂直速度、位移、重力加速度等變量，以區(qū)間車輛顛簸累計值為最小目標的平整度計算模型，攻克了慣性補償?shù)募す馄秸葯z測算法，解決了國際上常見的平整度檢測設備低于25km/h不能正確給出結果的難題；解決了激光照明與結構光車轍檢測一體化技術，實現(xiàn)了全天時路面圖像和車轍深度的自動化檢測與數(shù)據(jù)采集。(6)提出由線掃描相機、線激光器和高速掃描儀等傳感器結合，實現(xiàn)高架底面影像數(shù)據(jù)三維數(shù)據(jù)同步采集，從而實現(xiàn)高架裂縫類病害與變形類病害的識別。(7)提出了新型車載供電方式。采用原車自動車載發(fā)電機提供電力，車載式免維護型電池組作為電カ存儲設備，同時通過電壓轉換設備進行電壓轉換，最后通過綜合電源管理設備對供電進行控制。此方式相比傳統(tǒng)供電模式更節(jié)能、靜音、安全。
(8)對于整車設備集成，提出了ー種新型集成理念。所有設備采用可逆式外掛安裝模式。用戶可以快速對設備進行拆卸安裝，并還原載車的原始狀態(tài)。在上述ー種城市基礎設施快速采集系統(tǒng)，所述道路指標采集子系統(tǒng)包括分別與定位系統(tǒng)結合的路面病害采集模塊、平整度模塊、車轍模塊以及沿線設施模塊；所述高架底面采集子系統(tǒng)包括分別與定位系統(tǒng)結合的高架底面病害模塊以及高架底面三維模塊。在上述ー種城市基礎設施快速采集系統(tǒng)，所述路面病害采集模塊包括ー個通過控制系統(tǒng)與定位系統(tǒng)結合的所述路面線陣CCD相機。在上述ー種城市基礎設施快速采集系統(tǒng)，所述平整度模塊包括通過控制系統(tǒng)與所述定位系統(tǒng)結合的測距相機和加速度計，所述測距相機為兩個，分別為左部測距相機和右部測距相機；所述加速度計為兩個，分別為左部加速度計和右部加速度計。在上述ー種城市基礎設施快速采集系統(tǒng)，所述車轍模塊包括ー個通過控制系統(tǒng)與定位系統(tǒng)結合的車轍CCD相機，以及ー個與控制系統(tǒng)連接的線結構激光器。在上述ー種城市基礎設施快速采集系統(tǒng)，所述沿線設施模塊包括通過控制系統(tǒng)與所述定位系統(tǒng)結合的前方圖像CCD相機，所述前方圖像CCD相機為兩個，分別為左部前方圖像CCD相機和右部前方圖像CCD相機；所述左部前方圖像CCD相機通過控制系統(tǒng)與所述定位系統(tǒng)結合；所述右部前方圖像CCD相機通過控制系統(tǒng)與所述定位系統(tǒng)結合。在上述ー種城市基礎設施快速采集系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括計算機主機系統(tǒng)以及設置在計算機主機系統(tǒng)上的圖像采集卡、數(shù)據(jù)采集卡、同步控制器、圖像工作站以及數(shù)據(jù)エ作站；上述定位系統(tǒng)結合還通過同步控制器與路面線陣CCD相機連接；定位系統(tǒng)結合通過同步控制器分別與左部前方圖像CCD相機和右部前方圖像CCD相機相連；定位系統(tǒng)結合還通過同步控制器與車轍CCD相機連接；上述左部測距相機、右部測距相機、左部加速度計以及右部加速度計同時通過數(shù)據(jù)采集卡與所述同步控制器連接。在上述一種城市基礎設施快速米集系統(tǒng)，還包括個定位系統(tǒng)，所述定位系統(tǒng)與上述同步控制器連接。因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1.定位系統(tǒng)解決了城市GPS信號失鎖情況。在無GPS信號情況下，可有慣導和DMI實現(xiàn)推算定位；2.控制器按照模塊化控制思想設計，能方便擴充其他傳感器并實現(xiàn)控制；3.載車類型為小型越野車或者輕型商務車，所有設備安裝后檢測車整體高度不會超過市內一般限高值，不再受限高影響而造成部分道路不能檢測，且轉彎半徑小，在城市復雜道路情況下尤為有利。對駕駛人員的水平限制降低。同時對具體載車型號要求不高，増大了產品的適應性；4.所有傳感器設備都已國產化。且修改了供電模式，極大程度上降低了產品的生產成本，同時增強了產品的穩(wěn)定性。并消除了傳統(tǒng)發(fā)電機供電模式下帯來的高噪音、震動等不良用戶體驗；5.對于車體改裝以及外掛結構件安裝都采集用可恢復性安裝，在拆卸后可還原成載車原始狀態(tài)。并且極大程度上減少了改裝工作量，減少了產品生產周期；6.所有檢測、計算設備都是采用外掛式安裝模式。各個檢測系統(tǒng)單獨組成一個檢測単元，用戶可以根據(jù)各自需求組織檢測単元最終形成自定義產品，完全滿足用戶自己的需求；7.傳感器高度兼容性，各個系統(tǒng)都可兼容十多款傳感器進行任意選擇。用戶可以根據(jù)自己需求進行任意搭配。


附圖I是本發(fā)明的ー種工作原理圖。附圖2是本發(fā)明的子系統(tǒng)連接結構原理圖。附圖3是本發(fā)明中路面病害采集模塊的工作原理示意圖。 附圖4是本發(fā)明中車轍模塊的工作原理示意圖。附圖5是本發(fā)明中沿線設施模塊的工作原理示意圖。附圖6是本發(fā)明中平整度模塊的工作原理示意圖。附圖7是本發(fā)明中電カ系統(tǒng)的工作原理示意圖。附圖8是本發(fā)明的安裝后的主視結構示意圖。附圖9是本發(fā)明的控制系統(tǒng)工作原理示意圖。
具體實施例方式下面通過實施例，并結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進ー步具體的說明。實施例本發(fā)明的ー種城市基礎設施快速采集系統(tǒng)，其特征在于，包括ー套定位控制系統(tǒng)；分別與定位系統(tǒng)連接的道路指標采集子系統(tǒng)、地面設施采集子系統(tǒng)以及高架底面采集子系統(tǒng)；同時與道路指標采集子系統(tǒng)、地面設施采集子系統(tǒng)以及高架底面采集子系統(tǒng)連接的控制系統(tǒng)；以及給所述道路指標采集子系統(tǒng)、地面設施采集子系統(tǒng)以及高架底面采集子系統(tǒng)供電的電力系統(tǒng)。下面詳細介紹ー下本發(fā)明的幾個系統(tǒng)的結構以及工作流程I.如圖所示，電カ系統(tǒng)采用的是(I)車載電池作為整個產品電力源。其存儲電能井向其他設備提供電能；(2)產品所有設備皆為直流供電，使產品使用更安全；(3)車載式充電模式，延長產品持續(xù)工作時間。需要說明的是本產品主要采用的供電方式為車載蓄電池組提供電カ源，全系統(tǒng)直流供電(可換交流)。利用汽車自帶硅發(fā)或者配備充電機進行充電。如果不采用此種模式，可以利用小型發(fā)電機或者更換汽車自帶硅發(fā)(換成大功率的)。如此便無須采用電池組作為電カ源。2.道路指標采集子系統(tǒng)包括分別與定位系統(tǒng)連接的路面病害采集模塊、平整度模塊、車轍模塊以及沿線設施模塊；
2. I.路面病害采集模塊包括ー個通過控制系統(tǒng)與定位系統(tǒng)連接的所述路面線陣CCD相機。線陣CCD相機的工作原理是一次曝光獲得一行圖像數(shù)據(jù)，為了獲得連續(xù)清晰的路面圖像，則需要相機按照一定的間隔距離(一行圖像所對應的路面寬度)連續(xù)拍攝路面，然后將這些一行的圖像按照一定數(shù)量大小進行拼接，即可得到一幅完整的路面圖像。為保證路面圖像的完整性，必須確保相機每兩次曝光空間間隔等于ー個像素所對應的路面實際空間距離。具體工作流程如圖所示。2. 2.平整度模塊包括通過控制系統(tǒng)與所述定位系統(tǒng)連接的測距相機和加速度計，測距相機為兩個，分別為左部測距相機和右部測距相機；所述加速度計為兩個，分別為左部加速度計和右部加速度計。該系統(tǒng)采用2個激光傳感器和2個加速度傳感器組合成慣性參照路面縱斷面剖面檢測系統(tǒng)實時檢測包括短波長及長波長的路面縱斷面剖面曲線，同時獲得各種路面評價指標，其系統(tǒng)采集處理流程如圖所示。2. 3.車轍模塊包括ー個通過控制系統(tǒng)與定位系統(tǒng)連接的車轍CXD相機，以及ー個與控制系統(tǒng)連接的線結構激光器。車轍檢測控制器與處理子系統(tǒng)的功能是通過激光線結構光掃描儀高速連續(xù)掃描路面的高程數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理軟件生成路面的數(shù)字高程模型(DEM)，并可計算出車轍的長度、深度和面積，波浪擁包的高差和面積，沉陷的深度和面積，坑槽的深度和面積等，給出相應的報表。其采集檢測流程如圖所示。2. 4.沿線設施模塊包括通過控制系統(tǒng)與所述定位系統(tǒng)連接的前方圖像CXD相機，前方圖像CCD相機為兩個，分別為左部前方圖像CCD相機和右部前方圖像CCD相機；所述左部前方圖像CCD相機通過控制系統(tǒng)與所述定位系統(tǒng)連接；所述右部前方圖像CCD相機通過控制系統(tǒng)與所述定位系統(tǒng)連接。前方道路圖像數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)的功能是通過多臺高分辨率彩色數(shù)字CCD相機以一定的間隔采集前方道路圖像，根據(jù)近景攝影檢測原理，為了使得圖像清晰不失真，所有拍攝圖像數(shù)字化存于大容量數(shù)字存儲介質，以供實時或后臺軟件處理，其采集流程如圖所示。3.高架底面采集子系統(tǒng)包括分別與定位系統(tǒng)連接的高架底面病害模塊以及高架底面三維模塊。高架底面病害模塊的采集原理同路面病害采集模塊，在這里就不再贅述了 ；高架底面三維模塊的采集原理同沿線設施模塊，在這里也不再贅述了。4.如圖所示，本發(fā)明的控制系統(tǒng)包括計算機主機系統(tǒng)以及設置在計算機主機系統(tǒng)上的圖像采集卡、數(shù)據(jù)采集卡、同步控制器、圖像工作站以及數(shù)據(jù)工作站；上述定位系統(tǒng)還通過同步控制器與路面線陣CCD相機連接；定位系統(tǒng)通過同步控制器分別與左部前方圖像CXD相機和右部前方圖像CXD相機相連；定位系統(tǒng)還通過同步控制器與車轍CXD相機連接；上述左部測距相機、右部測距相機、左部加速度計以及右部加速度計同時通過數(shù)據(jù)采集卡與所述同步控制器連接，本發(fā)明還包括ー個定位系統(tǒng)，所述定位系統(tǒng)與上述同步控制器連接，同步控制設備采用母板與子板方式工作。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替 代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
權利要求
1.一種城市基礎設施快速檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括一套定位系統(tǒng)；分別與定位系統(tǒng)連接的道路指標采集子系統(tǒng)、地面設施采集子系統(tǒng)以及高架底面采集子系統(tǒng)；同時與道路指標采集子系統(tǒng)、地面設施采集子系統(tǒng)以及高架底面采集子系統(tǒng)連接的控制系統(tǒng)；以及給所述道路指標采集子系統(tǒng)、地面設施采集子系統(tǒng)以及高架底面采集子系統(tǒng)供電的電力系統(tǒng)。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種城市基礎設施快速采集系統(tǒng)，其特征在于，所述道路指標采集子系統(tǒng)包括分別與定位系統(tǒng)連接的路面病害采集模塊、平整度模塊、車轍模塊以及沿線設施模塊；所述高架底面采集子系統(tǒng)包括分別與定位系統(tǒng)連接的高架底面病害模塊以及高架底面三維模塊。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種城市基礎設施快速采集系統(tǒng)，其特征在于，所述路面病害采集模塊包括一個通過控制系統(tǒng)與車輪編碼器連接的所述路面線陣CXD相機。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種城市基礎設施快速采集系統(tǒng)，其特征在于，所述平整度模塊包括通過控制系統(tǒng)與所述定位系統(tǒng)連接的測距相機和加速度計，所述測距相機為兩個，分別為左部測距相機和右部測距相機；所述加速度計為兩個，分別為左部加速度計和右部加速度計。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種城市基礎設施快速采集系統(tǒng)，其特征在于，所述車轍模塊包括一個通過控制系統(tǒng)與定位系統(tǒng)連接的車轍CCD相機，以及一個與控制系統(tǒng)連接的線結構激光器。
6.根據(jù)權利要求2所述的一種城市基礎設施快速采集系統(tǒng)，其特征在于，所述沿線設施模塊包括通過控制系統(tǒng)與所述定位系統(tǒng)連接的前方圖像CCD相機，所述前方圖像CCD相機為兩個，分別為左部前方圖像CCD相機和右部前方圖像CCD相機；所述左部前方圖像CCD相機通過控制系統(tǒng)與所述車輪編碼器連接；所述右部前方圖像CCD相機通過控制系統(tǒng)與所述定位系統(tǒng)連接。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種城市基礎設施快速采集系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括計算機主機系統(tǒng)以及設置在計算機主機系統(tǒng)上的圖像采集卡、數(shù)據(jù)采集卡、同步控制器、圖像工作站以及數(shù)據(jù)工作站；上述定位系統(tǒng)還通過同步控制器與路面線陣C⑶相機連接；定位系統(tǒng)通過同步控制器分別與左部前方圖像CXD相機和右部前方圖像CXD相機相連；車輪編碼器還通過同步控制器與車轍CCD相機連接；上述左部測距相機、右部測距相機、左部加速度計以及右部加速度計同時通過數(shù)據(jù)采集卡與所述同步控制器連接。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種城市基礎設施快速采集系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個定位系統(tǒng)，所述定位系統(tǒng)與上述同步控制器連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種城市基礎設施快速采集系統(tǒng)，包括一套定位系統(tǒng)；分別與定位系統(tǒng)連接的道路指標采集子系統(tǒng)、地面設施采集子系統(tǒng)以及高架底面采集子系統(tǒng)；同時與道路指標采集子系統(tǒng)、地面設施采集子系統(tǒng)以及高架底面采集子系統(tǒng)連接的控制系統(tǒng)；以及給所述道路指標采集子系統(tǒng)、地面設施采集子系統(tǒng)以及高架底面采集子系統(tǒng)供電的電力系統(tǒng)。本發(fā)明具有如下優(yōu)點一體化集成城市各類設施包括道路、高架、市政等設施的同步采集；控制設備可以根據(jù)需要擴充傳感器控制；不再受限高影響而造成部分道路不能檢測；降低了產品的生產成本，同時增強了產品的穩(wěn)定性；用戶可以根據(jù)各自需求組織測量單元最終形成自定義產品，完全滿足用戶自己的需求。
文檔編號E01C23/01GK102691252SQ20121013239
公開日2012年9月26日 申請日期2012年5月2日 優(yōu)先權日2012年5月2日
發(fā)明者何莉, 張德津, 曲旋, 曹民, 李清泉, 王新林, 馬斌 申請人:武漢武大卓越科技有限責任公司