本發(fā)明涉及道路路基不均勻沉降檢測領(lǐng)域，特別是涉及一種用于軟土地基所產(chǎn)生的道路路基不均勻沉降的自動化檢測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在沿海地區(qū)往往存在一定厚度的軟土，由于軟土的自身特性，建筑于軟土地基上的交通基礎(chǔ)設(shè)施工后沉降較大，且高架設(shè)施、地面交通等的存在使得這種沉降又呈現(xiàn)出了不同的表現(xiàn)形式。除去地基本身的特性外，人為的地基處理及加固的不均勻性也使得路基沉降變得更加不均勻。而這種道路路基所產(chǎn)生的不均勻沉降會對于行車舒適性、道路壽命均有一定影響。尤其是大型城市高速高架道路、地面道路、地下交通等立體交通，一旦道路路基沉降，就會發(fā)生惡性交通事故。因此，需要有一套道路路基沉降觀測設(shè)備對于道路路基沉降進(jìn)行周期性監(jiān)控，有助于工程師及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，分析沉降速率及沉降特性，制定更合理的沉降處理措施，預(yù)防惡性事故的發(fā)生。

現(xiàn)有的沉降監(jiān)測方法主要包括埋設(shè)傳感器、水準(zhǔn)儀、全站儀及三維掃描等方法。其中，埋設(shè)傳感器受限于傳感器的使用壽命及埋設(shè)范圍，往往只能用于施工后的短期沉降監(jiān)測，并不適合用于設(shè)施的長期性能跟蹤，且無法全線覆蓋；水準(zhǔn)儀由于以人工檢測為主，干擾交通，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，且檢測耗時(shí)較長；全站儀或者具備三維掃描功能的全站儀通常設(shè)置于一個(gè)固定的測繪點(diǎn)，需要保證其視野中涵蓋所有檢測位置，但是由于道路為線狀結(jié)構(gòu)物，故而該檢測方法存在一定局限性，不適合用于高架道路的沉降觀測。

綜上所述，如何設(shè)計(jì)一種能夠自動化檢測道路路基沉降的方法，是道路路基不均勻沉降檢測領(lǐng)域急需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種檢測道路路基沉降的系統(tǒng)及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)道路路基沉降值的自動化檢測。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種檢測道路路基沉降的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括相機(jī)、激光器、控制器、支架以及車；所述支架的一端與所述車的一側(cè)連接，所述支架的另一端懸空；

所述激光器，設(shè)置在所述支架的一端，且與所述車的夾角為設(shè)定值；所述激光器，用于向路面發(fā)送激光光帶；

所述相機(jī)，設(shè)置在所述支架的另一端，用于拍攝所述激光光帶在路面的投影，得到路面圖像信息；其中，所述激光光帶的光線中軸與所述相機(jī)的拍攝光軸相交于一點(diǎn)；

所述控制器，與所述相機(jī)連接，用于獲取所述路面圖像信息中車到路肩的圖像距離，并根據(jù)所述圖像距離、所述控制器內(nèi)存儲的標(biāo)準(zhǔn)距離以及所述設(shè)定值，計(jì)算所述相機(jī)到路面的實(shí)際高度；

所述控制器，還用于根據(jù)所述實(shí)際高度和所述控制器內(nèi)存儲的標(biāo)準(zhǔn)高度，計(jì)算道路路基的沉降值；其中，所述標(biāo)準(zhǔn)距離為所述車放在未沉降路面時(shí)車到路肩的距離；所述標(biāo)準(zhǔn)高度為所述車放在未沉降路面時(shí)相機(jī)到未沉降路面的高度。

可選的，所述系統(tǒng)還包括車輛姿態(tài)記錄裝置、距離編碼器以及gps定位裝置；

所述車輛姿態(tài)記錄裝置，設(shè)置在所述車的中軸上，與所述車行駛的方向平行，用于獲取所述車的姿態(tài)信息；

所述距離編碼器，設(shè)置在車輪上，用于獲取所述車在行駛過程中的行駛距離信息；

所述gps定位裝置，設(shè)置在所述車靠近路肩的一側(cè)上，用于獲取所述車的位置信息；

所述控制器，分別與所述車輛姿態(tài)記錄裝置、所述距離編碼器、所述gps定位裝置連接，用于根據(jù)所述姿態(tài)信息、所述行駛距離信息以及所述位置信息，生成所述車行駛的道路線形信息。

可選的，所述系統(tǒng)還包括：瞬時(shí)加速度計(jì)；所述瞬時(shí)加速度計(jì)，設(shè)置在所述相機(jī)上，用于獲取振動數(shù)據(jù)；

所述控制器，與所述瞬時(shí)加速度計(jì)連接，用于根據(jù)所述振動數(shù)據(jù)，對所述沉降值進(jìn)行修正，得到第一次修正后的沉降值。

可選的，所述控制器，與所述車輛姿態(tài)記錄裝置連接，用于根據(jù)所述姿態(tài)信息，對所述第一次修正后的沉降值進(jìn)行坡度修正，得到第二次修正后的沉降值。

可選的，所述控制器，還用于根據(jù)所述道路線形信息和所述第二次修正后的沉降值，生成道路沉降變化曲線。

本發(fā)明還提供了一種檢測道路路基沉降的方法，所述方法應(yīng)用于一種檢測道路路基沉降的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括相機(jī)、激光器、控制器、支架、車輛姿態(tài)記錄裝置、距離編碼器、gps定位裝置、瞬時(shí)加速度計(jì)以及車；所述支架的一端與所述車的一側(cè)連接，所述支架的另一端懸空；所述激光器，設(shè)置在所述支架的一端，且與所述車的夾角為設(shè)定值；所述相機(jī)，設(shè)置在所述支架的另一端；所述車輛姿態(tài)記錄裝置，設(shè)置在所述車的中軸上，與所述車行駛的方向平行；所述距離編碼器，設(shè)置在車輪上；所述gps定位裝置，設(shè)置在所述車靠近路肩的一側(cè)上；所述瞬時(shí)加速度計(jì)，設(shè)置在所述相機(jī)上；所述控制器，分別與所述相機(jī)、所述瞬時(shí)加速度計(jì)、所述距離編碼器、所述車輛姿態(tài)記錄裝置以及所述gps定位裝置連接；所述方法包括：

獲取路面圖像信息；

根據(jù)所述路面圖像信息，獲取所述路面圖像信息中車到路肩的圖像距離；

根據(jù)所述圖像距離、所述控制器內(nèi)存儲的標(biāo)準(zhǔn)距離以及所述設(shè)定值，計(jì)算所述相機(jī)到路面的實(shí)際高度；

根據(jù)所述實(shí)際高度和所述控制器內(nèi)存儲的標(biāo)準(zhǔn)高度，計(jì)算道路路基的沉降值；其中，所述標(biāo)準(zhǔn)距離為所述車放在未沉降路面時(shí)車到路肩的距離；所述標(biāo)準(zhǔn)高度為所述車放在未沉降路面時(shí)相機(jī)到未沉降路面的高度；

對所述沉降值進(jìn)行修正，得到修正后的沉降值；

獲取所述車行駛過的道路線形信息；

根據(jù)所述道路線形信息和所述修正后的沉降值，生成道路沉降變化曲線。

可選的，所述獲取路面圖像信息包括：采用所述激光器向路面發(fā)送激光光帶；

采用所述相機(jī)拍攝所述激光光帶在路面的投影，獲取路面圖像信息；其中，所述激光光帶的光線中軸與所述相機(jī)的拍攝光軸相交于一點(diǎn)。

可選的，所述對所述沉降值進(jìn)行修正，得到修正后的沉降值，具體包括：

獲取所述瞬時(shí)加速度計(jì)采集的振動數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述振動數(shù)據(jù)對所述沉降值進(jìn)行修正，得到第一次修正后的沉降值；

獲取所述車輛姿態(tài)記錄裝置采集的所述車的姿態(tài)信息；

根據(jù)所述姿態(tài)信息，對所述第一次修正后的沉降值進(jìn)行坡度修正，得到第二次修正后的沉降值。

可選的，所述獲取所述車行駛過的道路線形信息具體包括：

獲取所述距離編碼器采集的車在行駛過程中的行駛距離信息；

獲取gps定位裝置采集的所述車的位置信息；

根據(jù)所述姿態(tài)信息、所述行駛距離信息以及所述位置信息，生成所述車行駛的道路線形信息。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

本發(fā)明公開了一種檢測道路路基沉降的系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括支架、設(shè)置在支架的一端的激光器、設(shè)置在支架的另一端的相機(jī)、與相機(jī)連接的控制器以及車；支架的一端與車的一側(cè)連接，另一端懸空；激光器，與車的夾角為設(shè)定值，用于向路面發(fā)送激光光帶；相機(jī)，用于拍攝激光光帶在路面的投影，得到路面圖像信息；控制器，用于獲取路面圖像信息中車到路肩的圖像距離，并根據(jù)圖像距離、控制器內(nèi)存儲的標(biāo)準(zhǔn)距離以及設(shè)定值，計(jì)算相機(jī)到路面的實(shí)際高度，還用于根據(jù)實(shí)際高度和控制器內(nèi)存儲的標(biāo)準(zhǔn)高度，計(jì)算道路路基的沉降值；其中，標(biāo)準(zhǔn)距離為車放在未沉降路面時(shí)車到路肩的距離；標(biāo)準(zhǔn)高度為車放在未沉降路面時(shí)相機(jī)到未沉降路面的高度；再結(jié)合車行駛過的道路線形信息和沉降值，生成道路沉降變化曲線，實(shí)現(xiàn)了全自動檢測道路路基的沉降值。因此，采用本發(fā)明提供的系統(tǒng)或者方法，能夠能夠自動檢測道路路基沉降值。

另外，相機(jī)、激光器及瞬時(shí)加速度計(jì)作為一個(gè)剛性的整體連接，受外界環(huán)境的影響較小，gps定位裝置及車輛姿態(tài)記錄裝置為道路線形擬合及高差修正提供了很好的數(shù)據(jù)支持。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例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(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一檢測道路路基沉降的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例二檢測道路路基沉降的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例三深度信息計(jì)算原理圖；

圖4為采用本發(fā)明提供的系統(tǒng)所實(shí)際拍攝路面樣圖；

圖5為采用本發(fā)明提供的系統(tǒng)紅外激光光帶投射于車道位置示意圖；

圖6為采用本發(fā)明提供的系統(tǒng)連續(xù)拍攝示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例檢測道路路基沉降的方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的在提供一種基于三維掃描拍攝技術(shù)的可連續(xù)測量高速公路路肩深度信息的檢測道路路基沉降的系統(tǒng)及方法，以檢測車輛為載體，在行駛過程中完成運(yùn)營道路的沉降檢測。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實(shí)施例一

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一檢測道路路基沉降的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，所述系統(tǒng)包括相機(jī)101、激光器102、控制器103(圖中未示出)、支架104、車105、車輛姿態(tài)記錄裝置106、距離編碼器107以及gps定位裝置108。

所述支架104的一端與所述車105的一側(cè)連接，所述支架104的另一端懸空。

所述激光器102，設(shè)置在所述支架104的一端，且與所述車105的夾角為設(shè)定值。所述激光器102，用于向路面發(fā)送激光光帶。

所述相機(jī)101，設(shè)置在所述支架104的另一端，用于拍攝所述激光光帶在路面的投影，得到路面圖像信息；其中，所述激光光帶的光線中軸與所述相機(jī)101的拍攝光軸相交于一點(diǎn)。

所述車輛姿態(tài)記錄裝置106，設(shè)置在所述車105的中軸上，與所述車105行駛的方向平行，用于獲取所述車的姿態(tài)信息，且也有利于更好的對車輛行車軌跡進(jìn)行校正。

所述距離編碼器107，設(shè)置在車輪上，用于獲取所述車在行駛過程中的行駛距離信息。

所述gps定位裝置108，設(shè)置在所述車靠近路肩的一側(cè)上，用于獲取所述車的位置信息。

所述控制器103(圖中未顯示)，設(shè)置在車105中的任意位置。

所述控制器103，與所述相機(jī)101連接，用于獲取所述路面圖像信息中車到路肩的圖像距離，并根據(jù)所述圖像距離、所述控制器內(nèi)存儲的標(biāo)準(zhǔn)距離以及所述設(shè)定值，計(jì)算所述相機(jī)到路面的實(shí)際高度。

所述控制器103，還用于根據(jù)所述實(shí)際高度和所述控制器內(nèi)存儲的標(biāo)準(zhǔn)高度，計(jì)算道路路基的沉降值；其中，所述標(biāo)準(zhǔn)距離為所述車放在未沉降路面時(shí)車到路肩的距離；所述標(biāo)準(zhǔn)高度為所述車放在未沉降路面時(shí)相機(jī)到未沉降路面的高度。

所述控制器103，分別與所述車輛姿態(tài)記錄裝置106、所述距離編碼器107、所述gps定位裝置108連接，用于根據(jù)所述姿態(tài)信息、所述行駛距離信息以及所述位置信息，生成所述車行駛的道路線形信息。

所述系統(tǒng)還包括：瞬時(shí)加速度計(jì)109(圖中未顯示)；所述瞬時(shí)加速度計(jì)109，設(shè)置在所述相機(jī)101上，用于獲取振動數(shù)據(jù)。

所述控制器103，與所述瞬時(shí)加速度計(jì)109連接，用于根據(jù)所述振動數(shù)據(jù)，對所述沉降值進(jìn)行修正，得到第一次修正后的沉降值。

所述控制器103，與所述車輛姿態(tài)記錄裝置106連接，用于根據(jù)所述姿態(tài)信息，對所述第一次修正后的沉降值進(jìn)行坡度修正，得到第二次修正后的沉降值。沉降數(shù)值經(jīng)姿態(tài)信息校正即相對水準(zhǔn)點(diǎn)修正后將進(jìn)行平滑處理，用于去除局部變形損壞的影響。

所述控制器103，還用于根據(jù)所述道路線形信息和所述第二次修正后的沉降值，生成道路沉降變化曲線。

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

①利用平行于道路的掃描拍攝方式，在測量長度范圍內(nèi)無需高差相對校正，大大降低了高差修正的技術(shù)難度；

②相機(jī)、激光器及瞬時(shí)加速度計(jì)作為一個(gè)剛性的整體連接，使得到的沉降值受外界環(huán)境的影響較??；

③高精度的gps定位裝置及車輛姿態(tài)記錄裝置為道路線形擬合及高差修正提供了很好的數(shù)據(jù)支持；

④采用標(biāo)準(zhǔn)高度以及標(biāo)準(zhǔn)距離使該沉降檢測數(shù)值從相對數(shù)值變?yōu)榻^對數(shù)值，具備了時(shí)間跨度上的比較意義。

下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明提供的技術(shù)方案的具體實(shí)施方式進(jìn)一步進(jìn)行詳細(xì)闡述。

本發(fā)明提供的系統(tǒng)主要是作用于軟土地基高速道路的不均勻沉降，參照附合水準(zhǔn)路線測量方法，在道路起點(diǎn)及終點(diǎn)路肩位置制作臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)，即未沉降路面為臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)。利用該系統(tǒng)連續(xù)檢測兩側(cè)路肩位置的高差變化，從而獲得道路全線的高差數(shù)據(jù)，并利用臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)對高差數(shù)據(jù)進(jìn)行平差計(jì)算。最后，利用臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)的絕對數(shù)值將相對沉降值轉(zhuǎn)化為絕對沉降值。

其中，臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)是為了工程施工需要而從永久水準(zhǔn)點(diǎn)推導(dǎo)到臨時(shí)地點(diǎn),而計(jì)算出來的高程點(diǎn)。

多余觀測在這里體現(xiàn)為對終點(diǎn)進(jìn)行觀測。用終點(diǎn)的實(shí)測高程與終點(diǎn)的理論高程去進(jìn)行比較，從而得知產(chǎn)生了多少誤差，這個(gè)誤差就是高差閉合差。對水準(zhǔn)測量的成果進(jìn)行檢核，當(dāng)測量誤差在容許范圍之內(nèi)就必須對產(chǎn)生的測量誤差，即高差閉合差進(jìn)行調(diào)整，這就是控制測量中的平差。

實(shí)施例二

圖2為本發(fā)明實(shí)施例二檢測道路路基沉降的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，本發(fā)明提供的系統(tǒng)相機(jī)101和激光器102布置在車105的右側(cè)，距離編碼器107安裝于右側(cè)車輪位置，瞬時(shí)加速度計(jì)109安裝于相機(jī)101所在位置，用于消除相機(jī)101同車身本身的相對振動。支架104用于將相機(jī)101、激光器102和瞬時(shí)加速度計(jì)109同車身之間進(jìn)行剛性連結(jié)，車105右側(cè)的矩形支架201分別在頂端及底端固定于右后側(cè)車頂及底盤，同車身剛性連接。2組長支架202和短支架203用于支撐支架104，增強(qiáng)整體剛度，支撐相機(jī)101、激光器102和瞬時(shí)加速度計(jì)109的重量，減少支架104的動態(tài)撓度。其中，相機(jī)101和激光器102布置在車105的右側(cè)，以一定角度勻速緩慢地對道路右側(cè)路面及護(hù)欄進(jìn)行掃描拍攝。

本發(fā)明實(shí)施例相機(jī)101采用是的線掃描3d相機(jī)，激光器102采用紅外激光器。車輛姿態(tài)記錄裝置106采用imu設(shè)備(慣性測量單元，inertiameasurementunit，簡稱imu)。所述支架104采用的是鋼板。

所述支架104的一端與所述車105的一側(cè)連接，所述支架104的另一端懸空。

所述紅外激光器102，設(shè)置在所述支架104的一端，且與所述車105的夾角為設(shè)定值；所述紅外激光器102，用于向路面發(fā)送紅外激光光帶。

所述線掃描3d相機(jī)101，設(shè)置在所述支架104的另一端，用于拍攝所述紅外激光光帶在路面的投影，得到路面圖像信息。其中，所述激光光帶的光線中軸與所述線掃描3d相機(jī)的拍攝光軸相交于一點(diǎn)。紅外激光器102照明所發(fā)射線狀結(jié)構(gòu)光需覆蓋一定的寬度，其線掃描3d相機(jī)有效拍攝信息應(yīng)大于6個(gè)像素的寬度。激光線條以及線掃描3d相機(jī)拍攝方向須基本平行于行車軌跡方向。

所述imu設(shè)備，設(shè)置在所述車105的中軸上，與所述車105行駛的方向平行，用于獲取所述車的姿態(tài)信息，且也有利于更好的對車輛行車軌跡進(jìn)行校正。

所述距離編碼器107，設(shè)置在右側(cè)車輪上，用于獲取所述車在行駛過程中的行駛距離信息。

所述gps定位裝置108，設(shè)置在所述車靠近路肩的一側(cè)上，用于獲取所述車的位置信息。

所述控制器103，設(shè)置在車105中的任意位置。

所述控制器103，與所述線掃描3d相機(jī)101連接，用于獲取所述路面圖像信息中車到路肩的圖像距離，并根據(jù)所述圖像距離、所述控制器內(nèi)存儲的標(biāo)準(zhǔn)距離以及所述設(shè)定值，計(jì)算所述相機(jī)101到路面的實(shí)際高度。

所述控制器103，還用于根據(jù)所述實(shí)際高度和所述控制器內(nèi)存儲的標(biāo)準(zhǔn)高度，計(jì)算道路路基的沉降值；其中，所述標(biāo)準(zhǔn)距離為所述車放在未沉降路面時(shí)車到路肩的距離；所述標(biāo)準(zhǔn)高度為所述車放在未沉降路面時(shí)相機(jī)到未沉降路面的高度。

所述控制器103，分別與所述車輛姿態(tài)記錄裝置106、所述距離編碼器107、所述gps定位裝置108連接，用于根據(jù)所述姿態(tài)信息、所述行駛距離信息以及所述位置信息，生成所述車行駛的道路線形信息。道路線形信息包括道路橫坡、縱坡、轉(zhuǎn)彎半徑等。

所述瞬時(shí)加速度計(jì)109，設(shè)置在所述線掃描3d相機(jī)上，用于獲取振動數(shù)據(jù)。

所述控制器103，與所述瞬時(shí)加速度計(jì)109連接，用于根據(jù)所述振動數(shù)據(jù)，對所述沉降值進(jìn)行修正，得到第一次修正后的沉降值。

所述控制器103，與所述車輛姿態(tài)記錄裝置106連接，用于根據(jù)所述姿態(tài)信息，對所述第一次修正后的沉降值進(jìn)行坡度修正，得到第二次修正后的沉降值。沉降數(shù)值經(jīng)姿態(tài)信息校正即相對水準(zhǔn)點(diǎn)修正后將進(jìn)行平滑處理，用于去除局部變形損壞的影響。

所述控制器103，還用于根據(jù)所述道路線形信息和所述第二次修正后的沉降值，生成道路沉降變化曲線。

實(shí)施例三

采用實(shí)施例二提供的檢測道路路基沉降的系統(tǒng)，還可以利用所述控制器103獲取用線掃描3d相機(jī)采集圖像信息的深度信息，然后基于三角測量原理利用深度信息，得到所述線掃描3d相機(jī)到路面的實(shí)際高度，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)高度和所述線掃描3d相機(jī)到路面的實(shí)際高度，進(jìn)行高差計(jì)算，得到高差數(shù)值，并利用瞬時(shí)加速度計(jì)測量的振動數(shù)據(jù)對高差數(shù)值進(jìn)行修正。

其中根據(jù)線掃描3d相機(jī)、紅外激光光帶中軸、路面之間的幾何關(guān)系，來確定物體的三角圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例深度信息計(jì)算原理圖。如圖3所示，涉及到4個(gè)坐標(biāo)系：①世界坐標(biāo)系又叫做實(shí)物坐標(biāo)系，即本發(fā)明實(shí)施例的道路坐標(biāo)系；②相機(jī)坐標(biāo)系即以相機(jī)為中心的坐標(biāo)系；③像平面坐標(biāo)系，即相機(jī)所成像的平面坐標(biāo)系，與相機(jī)平面平行；④圖像坐標(biāo)系，即經(jīng)過采樣后的數(shù)字圖像，用像素行列數(shù)表示。

設(shè)紅外激光器發(fā)射的紅外激光光帶中軸投射平面中對應(yīng)相機(jī)拍攝光軸的相交點(diǎn)為or，對應(yīng)xryrzr坐標(biāo)稱為道路坐標(biāo)系or-xryrzr，像平面坐標(biāo)系中心點(diǎn)為oc，對應(yīng)xcyczc坐標(biāo)稱為成像坐標(biāo)系oc-xcyczc。由于本發(fā)明實(shí)施例中可以認(rèn)為像平面坐標(biāo)系與道路平面平行，故而xryrzr與xcyczc平行。利用立體幾何關(guān)系即可計(jì)算得到被測物體的深度信息。

因此，道路坐標(biāo)系同像平面坐標(biāo)系之間可以初步在相同物理距離量度的范圍內(nèi)得到關(guān)系式如下：

其中，l表示oc與or距離；

假設(shè)存在一點(diǎn)p(xr，yr，zr)，其在圖像坐標(biāo)系成像點(diǎn)為p′(u，v)，在道路坐標(biāo)系中，可以得到op′的方程如下：

u表示和v表示所在圖像坐標(biāo)系的列數(shù)和行數(shù)。

在道路坐標(biāo)系統(tǒng)任意一點(diǎn)坐標(biāo)為為x，y，f表示為焦距。

在道路坐標(biāo)系下，結(jié)構(gòu)光平面方程為：

yr＝-zrtanα(3)

其中，α表示結(jié)構(gòu)光與拍攝光軸之間的夾角。激光從激光器發(fā)出，經(jīng)過柱面透鏡后匯聚成寬度很窄的光帶，稱為結(jié)構(gòu)光，在本實(shí)施例中紅外激光光帶即為結(jié)構(gòu)光。

假設(shè)數(shù)字圖像直角坐標(biāo)系為op-uv，實(shí)際像素會存在偏移，未偏移的坐標(biāo)為(u0，v0)，(u，v)代表實(shí)際測量得到的對應(yīng)像素點(diǎn)所在的列數(shù)和行數(shù)，假設(shè)每一個(gè)像素在x，y方向上物理尺寸為dx，dy，則存在對應(yīng)關(guān)系如下：

將公式(2)(3)(4)帶入公式(1)，得到像素點(diǎn)同實(shí)際道路坐標(biāo)系的最終關(guān)系為：

通過公式(5)就能得到所述線掃描3d相機(jī)到路面的實(shí)際高度，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)高度和所述線掃描3d相機(jī)到路面的實(shí)際高度，進(jìn)行高差計(jì)算，得到高差數(shù)值，即沉降值。

采用所述imu設(shè)備，設(shè)置在所述車105的中軸上，與所述車105行駛的方向平行，用于獲取所述車的姿態(tài)信息，且也有利于更好的對車輛行車軌跡進(jìn)行校正。

采用所述距離編碼器107，設(shè)置在右側(cè)車輪上，用于獲取所述車在行駛過程中的行駛距離信息。

采用所述gps定位裝置108，設(shè)置在所述車靠近路肩的一側(cè)上，用于獲取所述車的位置信息。

采用所述控制器103，設(shè)置在車105中的任意位置，分別與所述車輛姿態(tài)記錄裝置106、所述距離編碼器107、所述gps定位裝置108連接，用于根據(jù)所述姿態(tài)信息、所述行駛距離信息以及所述位置信息，生成所述車行駛的道路線形信息。道路線形信息包括道路橫坡、縱坡、轉(zhuǎn)彎半徑等。

所述瞬時(shí)加速度計(jì)109，設(shè)置在所述線掃描3d相機(jī)上，用于獲取振動數(shù)據(jù)。

采用所述控制器103，與所述瞬時(shí)加速度計(jì)109連接，用于根據(jù)所述振動數(shù)據(jù)，對所述沉降值進(jìn)行修正，得到第一次修正后的沉降值。

采用所述控制器103，與所述車輛姿態(tài)記錄裝置106連接，用于根據(jù)所述姿態(tài)信息，對所述第一次修正后的沉降值進(jìn)行坡度修正，得到第二次修正后的沉降值。沉降數(shù)值經(jīng)姿態(tài)信息校正即相對水準(zhǔn)點(diǎn)修正后將進(jìn)行平滑處理，用于去除局部變形損壞的影響。

采用所述控制器103，還用于根據(jù)所述道路線形信息和所述第二次修正后的沉降值，生成道路沉降變化曲線。

圖4為采用本發(fā)明提供的系統(tǒng)所實(shí)際拍攝路面樣圖。圖5為采用本發(fā)明提供的系統(tǒng)紅外激光光帶投射于車道位置示意圖。如圖5所示，l1示意了無變形損壞的理想路面，結(jié)構(gòu)光投射為一條確定坐標(biāo)位置的直線。l1’示意了存在一定變形的路面的結(jié)構(gòu)光投射效果。實(shí)際有變形路面的實(shí)際結(jié)構(gòu)光線位置同理想平面下結(jié)構(gòu)光位置的差別代表了路面深度相對變化的程度。

圖6為采用本發(fā)明提供的系統(tǒng)連續(xù)拍攝示意圖。車輛盡量保持沿固定軌跡行駛，由于本檢測系統(tǒng)關(guān)心的是高速道路的整體沉降變化，并不局限于局部的變形損壞。因此，10cm左右的位置偏離是可以接受的。

因此，本發(fā)明提供的上述系統(tǒng)，可以自動快速的完成道路沉降的自動檢測，不受光照影響，數(shù)據(jù)密度高，可以用于路基沉降的長期觀測。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種檢測道路路基沉降的方法。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例檢測道路路基沉降的方法流程圖。所述方法應(yīng)用一種檢測道路路基沉降的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括相機(jī)、激光器、控制器、支架、車輛姿態(tài)記錄裝置、距離編碼器、gps定位裝置、瞬時(shí)加速度計(jì)以及車；所述支架的一端與所述車的一側(cè)連接，所述支架的另一端懸空；所述激光器，設(shè)置在所述支架的一端，且與所述車的夾角為設(shè)定值；所述相機(jī)，設(shè)置在所述支架的另一端；所述車輛姿態(tài)記錄裝置，設(shè)置在所述車的中軸上，與所述車行駛的方向平行；所述距離編碼器，設(shè)置在車輪上；所述gps定位裝置，設(shè)置在所述車靠近路肩的一側(cè)上；所述瞬時(shí)加速度計(jì)，設(shè)置在所述相機(jī)上；所述控制器，分別與所述相機(jī)、所述瞬時(shí)加速度計(jì)、所述距離編碼器、所述車輛姿態(tài)記錄裝置以及所述gps定位裝置連接。

如圖7所示，所述方法包括：

步驟701：獲取路面圖像信息。

其中，所述獲取路面圖像信息包括：采用所述激光器向路面發(fā)送激光光帶；

采用所述相機(jī)拍攝所述激光光帶在路面的投影，獲取路面圖像信息；其中，所述激光光帶的光線中軸與所述相機(jī)的拍攝光軸相交于一點(diǎn)。

步驟702：根據(jù)所述路面圖像信息，獲取所述路面圖像信息中車到路肩的圖像距離。

步驟703：根據(jù)所述圖像距離、所述控制器內(nèi)存儲的標(biāo)準(zhǔn)距離以及所述設(shè)定值，計(jì)算所述相機(jī)到路面的實(shí)際高度。

步驟704：根據(jù)所述實(shí)際高度和所述控制器內(nèi)存儲的標(biāo)準(zhǔn)高度，計(jì)算道路路基的沉降值；其中，所述標(biāo)準(zhǔn)距離為所述車放在未沉降路面時(shí)車到路肩的距離；所述標(biāo)準(zhǔn)高度為所述車放在未沉降路面時(shí)相機(jī)到未沉降路面的高度。

步驟705：對所述沉降值進(jìn)行修正，得到修正后的沉降值。

其中，所述對所述沉降值進(jìn)行修正，得到修正后的沉降值，具體包括：

獲取所述瞬時(shí)加速度計(jì)采集的振動數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述振動數(shù)據(jù)對所述沉降值進(jìn)行修正，得到第一次修正后的沉降值；

獲取所述車輛姿態(tài)記錄裝置采集的所述車的姿態(tài)信息；

根據(jù)所述姿態(tài)信息，對所述第一次修正后的沉降值進(jìn)行坡度修正，得到第二次修正后的沉降值。

步驟706：獲取所述車行駛過的道路線形信息。

其中，所述獲取所述車行駛過的道路線形信息具體包括：

獲取所述距離編碼器采集的車在行駛過程中的行駛距離信息；

獲取gps定位裝置采集的所述車的位置信息；

根據(jù)所述姿態(tài)信息、所述行駛距離信息以及所述位置信息，生成所述車行駛的道路線形信息。

步驟707：根據(jù)所述道路線形信息和所述修正后的沉降值，生成道路沉降變化曲線。

本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。