本發(fā)明基于道路交通環(huán)境檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種非接觸式快速道路彎沉檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近十年來(lái)，我國(guó)公路交通事業(yè)發(fā)展迅速，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大亮點(diǎn)。一方面，交通基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，通車(chē)?yán)锍膛c日俱增，極大地促進(jìn)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的聯(lián)系與發(fā)展；另一方面，交通運(yùn)輸能力大大提高，安全保障能力明顯增強(qiáng)，為人們出行提供了很大的便利與安心。

公路建設(shè)在快步前進(jìn)的同時(shí)也存在著許多問(wèn)題。首先，我國(guó)高速公路存在使用壽命不長(zhǎng)的問(wèn)題，路面會(huì)出現(xiàn)一些毀壞路況，如水泥路面的接縫破損、錯(cuò)臺(tái)、塌陷等，瀝青路面的裂縫、坑槽、龜裂、車(chē)轍等。其次，公路因長(zhǎng)期受到自然因素和車(chē)輛荷載的影響以及在修建過(guò)程中可能存在的質(zhì)量問(wèn)題，都會(huì)導(dǎo)致公路在使用年限中過(guò)早損壞，路面損壞會(huì)造成行車(chē)安全問(wèn)題以及影響出行的舒適度。因此，在快速發(fā)展公路建設(shè)的同時(shí)公路的運(yùn)行管理和路面養(yǎng)護(hù)維修也成為重中之重。在公路服務(wù)年限內(nèi)保證其較高的服務(wù)水平，提高它的持久性和承載力，是高速公路養(yǎng)護(hù)的基本要求。要做到公路養(yǎng)護(hù)的高效率、高質(zhì)量，必須實(shí)時(shí)、客觀的掌握公路的具體狀況，這就需要采用先進(jìn)快速的路面檢測(cè)技術(shù)對(duì)公路路面的質(zhì)量指標(biāo)如路面破損、車(chē)轍、彎沉等進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)價(jià)。

目前，在公路建設(shè)、竣工驗(yàn)收及路面養(yǎng)護(hù)管理之中，彎沉是表征公路路基路面整體強(qiáng)度評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。彎沉檢測(cè)技術(shù)從以人工檢測(cè)為主發(fā)展到計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)檢測(cè)、從損壞路面結(jié)構(gòu)檢測(cè)發(fā)展到無(wú)損檢測(cè)。不同的檢測(cè)原理，檢測(cè)裝備的工作方式及適用條件也不同。貝克曼梁彎沉儀，1953年出現(xiàn)，作為最初的彎沉檢測(cè)儀器，它是根據(jù)簡(jiǎn)單的杠桿原理利用貝克曼梁、百分表等進(jìn)行測(cè)量，需要大量的工作人員。為了減少人員操作，提高檢測(cè)效率，增加數(shù)據(jù)可靠性，二十世紀(jì)七八十年代英、法等國(guó)開(kāi)發(fā)出了可以自動(dòng)連續(xù)檢測(cè)路面彎沉的自動(dòng)彎沉儀，它是利用計(jì)算機(jī)控制測(cè)量系統(tǒng)來(lái)減少人工操作。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)貝克曼梁與自動(dòng)彎沉儀測(cè)量的靜態(tài)彎沉在實(shí)際應(yīng)用中存在局限性，不能很好地評(píng)價(jià)路基路面的性能。美國(guó)、丹麥、瑞典等國(guó)研發(fā)出了落錘彎沉儀，利用位移傳感器來(lái)測(cè)試動(dòng)態(tài)彎沉，動(dòng)態(tài)彎沉更符合實(shí)際路基路面的結(jié)構(gòu)和材料技術(shù)特性。為了在檢測(cè)過(guò)程中不影響交通，歐洲瑞典等國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)研究出了激光多普勒彎沉儀，是在高速行駛過(guò)程中利用激光多普勒技術(shù)檢測(cè)動(dòng)態(tài)彎沉，目前還處于研究測(cè)試階段。

我國(guó)現(xiàn)有的彎沉檢測(cè)設(shè)備技術(shù)存在檢測(cè)效率低、精度低等不足。因此，我國(guó)急需研究出先進(jìn)快速、高精度、滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)相關(guān)的路面檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的快速?gòu)澇翙z測(cè)設(shè)備，簡(jiǎn)化彎沉檢測(cè)流程，降低公路路面養(yǎng)護(hù)的人力及費(fèi)用，并減少對(duì)國(guó)外彎沉測(cè)試產(chǎn)品的依賴(lài)程度。若要自主開(kāi)發(fā)出先進(jìn)的彎沉測(cè)試技術(shù)，進(jìn)而改進(jìn)目前彎沉測(cè)試技術(shù)存在的不足，最終研發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的彎沉測(cè)試儀器和設(shè)備，我們需要依賴(lài)新的理論成果和技術(shù)。故本發(fā)明提出非接觸式快速道路彎沉檢測(cè)設(shè)備及檢測(cè)方法，以滿(mǎn)足新型設(shè)備研發(fā)的理論需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種非接觸式快速道路彎沉檢測(cè)方法，以解決上述背景技術(shù)中的問(wèn)題。

一種非接觸式快速道路彎沉檢測(cè)系統(tǒng)，包括以下步驟：

步驟1，準(zhǔn)備彎沉檢測(cè)方法所用部件，包括：載荷車(chē)(1)，第一檢測(cè)梁(2)，第二檢測(cè)梁(3)，支撐輪(4)，鉸鏈(5)，前載荷輪(7)，后載荷輪(6)，線(xiàn)激光發(fā)射器，ccd面陣相機(jī)；

步驟2，所述載荷車(chē)(1)通過(guò)前載荷輪(7)和后載荷輪(6)支撐在道路上，所述第一檢測(cè)梁(2)的一端與后載荷輪(6)相連接，另一端和第二檢測(cè)梁(3)的一端通過(guò)鉸鏈(5)連接，第二檢測(cè)梁(3)的另一端與支撐輪(4)相連接；

第一檢測(cè)梁(2)上間隔安裝有14組位移傳感器，每組位移傳感器包括一個(gè)線(xiàn)激光發(fā)射器和一個(gè)ccd面陣相機(jī)；

第二檢測(cè)梁(3)上間隔安裝有14組位移傳感器，每組位移傳感器包括一個(gè)線(xiàn)激光發(fā)射器和一個(gè)ccd面陣相機(jī)；

第一檢測(cè)梁(2)上的位移傳感器與第二檢測(cè)梁(3)上的位移傳感器所布置的位置關(guān)于鉸鏈(5)對(duì)稱(chēng)；

步驟3，載荷車(chē)的后載荷輪(6)行駛在道路路面上時(shí)，任取道路路面上的一點(diǎn)作為測(cè)試點(diǎn)a；

步驟31，當(dāng)后載荷輪(6)行駛到測(cè)試點(diǎn)a處時(shí),設(shè)此時(shí)的位置為位置1，所有線(xiàn)激光發(fā)射器向道路路面發(fā)射線(xiàn)激光，所有ccd面陣相機(jī)采集道路路面上的線(xiàn)激光；

步驟32，任取第一檢測(cè)梁(2)上的一組位移傳感器作為當(dāng)前位移傳感器i，所述當(dāng)前位移傳感器i包括線(xiàn)激光反射器i和ccd面陣相機(jī)i，通過(guò)式(1)計(jì)算被測(cè)路面上第i點(diǎn)的最大彎沉量l1i：

式(1)中，i＝1,2，…，14；xi為沒(méi)有載荷作用到測(cè)試點(diǎn)a和載荷作用到測(cè)試點(diǎn)a時(shí)ccd面陣相機(jī)i像點(diǎn)的移動(dòng)距離；l2i為載荷作用到測(cè)試點(diǎn)a時(shí)ccd面陣相機(jī)i的物距，l1i為載荷作用到測(cè)試點(diǎn)a時(shí)ccd面陣相機(jī)i的像距，αi為ccd面陣相機(jī)i相對(duì)于線(xiàn)激光反射器i的傾斜角度，βi為ccd面陣相機(jī)i的像面偏角；

步驟33，重復(fù)步驟32，直至第一檢測(cè)梁(2)上的14個(gè)位移傳感器都分別測(cè)量出道路路面上14個(gè)點(diǎn)的最大彎沉量，執(zhí)行步驟34；

步驟34，當(dāng)載荷車(chē)的后載荷輪(6)行駛離開(kāi)測(cè)試點(diǎn)a，且第二檢測(cè)梁(3)到位置1中第一檢測(cè)梁(2)所在的位置時(shí)，設(shè)此時(shí)的位置為位置2，所有線(xiàn)激光發(fā)射器向道路路面發(fā)射線(xiàn)激光，所有ccd面陣相機(jī)采集道路路面上的線(xiàn)激光；

步驟35，任取第二檢測(cè)梁(3)上的一組位移傳感器作為當(dāng)前位移傳感器j，所述當(dāng)前位移傳感器j包括線(xiàn)激光反射器j和ccd面陣相機(jī)j，通過(guò)式(2)計(jì)算被測(cè)路面上第j點(diǎn)的卸載后最大彎沉量l0j：

式(1)中，j＝1,2，…，14；xj為載荷作用到a點(diǎn)時(shí)和載荷離開(kāi)a點(diǎn)時(shí)ccd面陣相機(jī)j像點(diǎn)的移動(dòng)距離；l2j為載荷離開(kāi)a點(diǎn)時(shí)ccd面陣相機(jī)j的物距，l1j為載荷離開(kāi)a點(diǎn)時(shí)ccd面陣相機(jī)j的像距，αj為ccd面陣相機(jī)j相對(duì)于線(xiàn)激光反射器j的傾斜角度，βj為ccd面陣相機(jī)j的像面偏角；

步驟36，重復(fù)步驟35，直至第二檢測(cè)梁(3)上的14個(gè)位移傳感器都分別測(cè)量出道路路面上14個(gè)點(diǎn)的卸載后最大彎沉量，執(zhí)行步驟4；

步驟4，通過(guò)式(3)得到被測(cè)路面的第n點(diǎn)的回彈彎沉量ln：

式(3)中，i＝1,2，…，14；j＝1,2,…，14；n＝1,2，…，14；

即可得到14個(gè)點(diǎn)的回彈彎沉量：l1,l2,...,l14；

步驟5，采用三次b樣條插值法對(duì)步驟4得到的14個(gè)點(diǎn)的回彈彎沉量進(jìn)行曲線(xiàn)擬合，得到彎沉盆曲線(xiàn)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：

本發(fā)明基于自主開(kāi)發(fā)出先進(jìn)的快速?gòu)澇翜y(cè)試技術(shù)，在改進(jìn)目前彎沉測(cè)試技術(shù)存在的不足基礎(chǔ)上，提出新的道路彎沉檢測(cè)思路，為具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的彎沉測(cè)試儀器和設(shè)備的研發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中檢測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中非接觸式快速道路彎沉檢測(cè)方法的主要步驟流程圖。

圖3為本發(fā)明中基于激光發(fā)射器和ccd面陣相機(jī)構(gòu)成的位移傳感器的基本檢測(cè)原理。

圖4為本發(fā)明中典型的線(xiàn)激光因道路彎沉映出的圖像。

圖5為本發(fā)明中路面受到輪胎載荷后的縱向變形曲線(xiàn)形狀。

圖6(a)為本發(fā)明中最大彎沉l0；(b)為回彈后的路面最大彎沉l1的示意圖。

圖7為本發(fā)明中基于線(xiàn)激光和圖像的路面彎沉快速檢測(cè)原理。

圖8為本發(fā)明中不同模量對(duì)應(yīng)的彎沉盆及其交點(diǎn)。

圖9為本發(fā)明中路面彎沉檢測(cè)點(diǎn)的分布圖。

圖10為擬合后的彎沉盆曲線(xiàn)形狀。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供了一種非接觸式快速道路彎沉檢測(cè)系統(tǒng)，包括以下步驟：

步驟1，準(zhǔn)備彎沉檢測(cè)方法所用部件，如圖1所示，包括：載荷車(chē)(1)，第一檢測(cè)梁(2)，第二檢測(cè)梁(3)，支撐輪(4)，鉸鏈(5)，載荷輪(6)，線(xiàn)激光發(fā)射器，ccd面陣相機(jī)；

步驟2，所述載荷車(chē)(1)通過(guò)前載荷輪(7)和后載荷輪(6)支撐在道路上，所述第一檢測(cè)梁(2)的一端與后載荷輪(6)相連接，另一端和第二檢測(cè)梁(3)的一端通過(guò)鉸鏈(5)連接，第二檢測(cè)梁(3)的另一端與支撐輪(4)相連接；

本實(shí)施例中，第一檢測(cè)梁(2)與載荷輪(6)的驅(qū)動(dòng)橋剛性連接，隨載荷輪上下跳動(dòng)。

第一檢測(cè)梁(2)上間隔安裝有14組位移傳感器，每組位移傳感器包括一個(gè)線(xiàn)激光發(fā)射器和一個(gè)ccd面陣相機(jī)；

第二檢測(cè)梁(3)上間隔安裝有14組位移傳感器，每組位移傳感器包括一個(gè)線(xiàn)激光發(fā)射器和一個(gè)ccd面陣相機(jī)；

第一檢測(cè)梁(2)上的位移傳感器與第二檢測(cè)梁(3)上的位移傳感器所布置的位置關(guān)于鉸鏈(5)對(duì)稱(chēng)，從而用于采集道路的路面路形變化。

步驟3，載荷車(chē)的后載荷輪(6)行駛在道路路面上時(shí)，任取道路路面上的一點(diǎn)作為測(cè)試點(diǎn)a；

步驟31，當(dāng)后載荷輪(6)行駛到測(cè)試點(diǎn)a處時(shí),設(shè)此時(shí)的位置為位置1，所有線(xiàn)激光發(fā)射器向道路路面發(fā)射線(xiàn)激光，所有ccd面陣相機(jī)采集道路路面上的線(xiàn)激光；

為了測(cè)量道路的回彈彎沉，首先需要對(duì)路面施加一定的載荷，使其發(fā)生變形，路面受到輪胎載荷后的縱向變形曲線(xiàn)形狀如圖5所示，在載荷輪的載荷作用下，路面會(huì)出現(xiàn)如圖5中所示的彎沉盆曲線(xiàn)，一般情況下，該彎沉盆的縱向半徑l約為3米，故本實(shí)施例中設(shè)置的每根檢測(cè)梁長(zhǎng)度為3600mm，從而保證測(cè)量時(shí)的準(zhǔn)確度。

步驟32，任取第一檢測(cè)梁(2)上的一組位移傳感器作為當(dāng)前位移傳感器i，所述當(dāng)前位移傳感器i包括線(xiàn)激光反射器i和ccd面陣相機(jī)i，通過(guò)式(1)計(jì)算被測(cè)路面上第i點(diǎn)的最大彎沉量l1i：

式(1)中，i＝1,2，…，14；xi為沒(méi)有載荷作用到測(cè)試點(diǎn)a和載荷作用到測(cè)試點(diǎn)a時(shí)ccd面陣相機(jī)i像點(diǎn)的移動(dòng)距離；l2i為載荷作用到測(cè)試點(diǎn)a時(shí)ccd面陣相機(jī)i的物距，l1i為載荷作用到測(cè)試點(diǎn)a時(shí)ccd面陣相機(jī)i的像距，αi為ccd面陣相機(jī)i相對(duì)于線(xiàn)激光反射器i的傾斜角度，βi為ccd面陣相機(jī)i的像面偏角；

激光發(fā)射器和ccd面陣相機(jī)構(gòu)成的位移傳感器的基本檢測(cè)原理如圖3所示，線(xiàn)激光照射在基準(zhǔn)面上時(shí)，部分光線(xiàn)被路面反射并映射到面陣相機(jī)的ccd傳感器上。在沒(méi)有荷載作用時(shí)，線(xiàn)激光器發(fā)射的激光束照射在被測(cè)面b點(diǎn)，在相機(jī)像面上成像光點(diǎn)b′，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)荷載作用于點(diǎn)b，被測(cè)面會(huì)發(fā)生豎向位移到點(diǎn)a，則像面上的光點(diǎn)移動(dòng)到a′，移動(dòng)距離x與被測(cè)面最大彎沉是相對(duì)應(yīng)的。

步驟33，重復(fù)步驟32，直至第一檢測(cè)梁(2)上的14個(gè)位移傳感器都分別測(cè)量出道路路面上14個(gè)點(diǎn)的最大彎沉量，執(zhí)行步驟34；

步驟34，當(dāng)載荷車(chē)的后載荷輪(6)行駛離開(kāi)測(cè)試點(diǎn)a，且第二檢測(cè)梁(3)到位置1中第一檢測(cè)梁(2)所在的位置時(shí)，設(shè)此時(shí)的位置為位置2，所有線(xiàn)激光發(fā)射器向道路路面發(fā)射線(xiàn)激光，所有ccd面陣相機(jī)采集道路路面上的線(xiàn)激光；

步驟35，任取第二檢測(cè)梁(3)上的一組位移傳感器作為當(dāng)前位移傳感器j，所述當(dāng)前位移傳感器j包括線(xiàn)激光反射器j和ccd面陣相機(jī)j，通過(guò)式(2)計(jì)算被測(cè)路面上第j點(diǎn)的卸載后最大彎沉量l0j：

式(1)中，j＝1,2，…，14；xj為載荷作用到a點(diǎn)時(shí)和載荷離開(kāi)a點(diǎn)時(shí)ccd面陣相機(jī)j像點(diǎn)的移動(dòng)距離；l2j為載荷離開(kāi)a點(diǎn)時(shí)ccd面陣相機(jī)j的物距，l1j為載荷離開(kāi)a點(diǎn)時(shí)ccd面陣相機(jī)j的像距，αj為ccd面陣相機(jī)j相對(duì)于線(xiàn)激光反射器j的傾斜角度，βj為ccd面陣相機(jī)j的像面偏角；

步驟36，重復(fù)步驟35，直至第二檢測(cè)梁(3)上的14個(gè)位移傳感器都分別測(cè)量出道路路面上14個(gè)點(diǎn)的卸載后最大彎沉量，執(zhí)行步驟4；

步驟4，通過(guò)式(3)得到被測(cè)路面的第n點(diǎn)的回彈彎沉量ln：

式(3)中，i＝1,2，…，14；j＝1,2,…，14；n＝1,2，…，14；

即可得到14個(gè)點(diǎn)的回彈彎沉量：l1,l2,...,l14；

步驟5，采用三次b樣條插值法對(duì)步驟4得到的14個(gè)點(diǎn)的回彈彎沉量進(jìn)行曲線(xiàn)擬合，根據(jù)《計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用》2008年刊登的“一種三次非均勻b樣條曲線(xiàn)的細(xì)分算法”可求得彎沉盆曲線(xiàn)，其曲線(xiàn)形狀如圖10所示。