路面断面形变自动检测装置 一、技术领域
本实用新型涉及一种路面纵向平整度和横向车辙等公路表面断面形变的测定装置，特别是一种适合完成路面、尤其是高等级公路的表面断面形变测定的路面断面形变自动检测装置。
二、技术背景
路面、特别是高等级公路路面的不平度和车辙不仅会引起车体颠簸、使乘坐人员不舒适，而且会加速车辆的损伤，甚至引起交通事故，因此这两项指标一直是作为确定路面维修时机和方式的基本依据和重要参数。在公路发展过程中，已开发了多种检测仪器与技术，并制定了相应的检测规程。早期使用的为人工或低速检测技术，如三米尺，八轮测平车(时速小于每小时五公里)，横断面尺等，这种接触式的测量方法，费时费力，在测量时还要影响正常交通；近年来发展了一些较高速、非接触式的车载检测仪器如颠簸累积仪，激光、超声测平车以及根据三角测距原理设计而成的激光路面断面高程仪，分别采用加速度传感器、角速度传感器修正车体振动形成的测量误差，以及用二次差分原理的共梁双精密高程测量方法等对路面平整度和车辙参数进行快速测量。上述装置(系统)利用激光传感器或超声传感器对纵向平整度数据采用等间距或定时采样得到，对于横向车辙数据采用横向等间距(最少3点)、纵向等间距采样或“之”字形扫描采样等方式得到。如专利号为00240679的实用新型公开了一种“激光断面高程仪”，它是由红外半导体激光发射器、光学接收透镜、高速CCD接收器构成三组结构和性能均相同的光电测距探头，分别设置于检测车体的前后端，其中一个探头可对前方路面进行大范围摆动扫描，另两个探头对路面进行垂直扫描，它们可在同步驱动下，实现对路面平整度和车辙的高速、实时测量。对于平整度检测，车体振动造成的影响用二次差分原理的共梁双精密高程测量方法解决；车辙数据以“之”字形扫描采样方式得到，车体振动带来的影响没有看到解决措施，其结果是测量精度难于保证。另外还有一种有代表性的方式为：在车的前部安制一排激光或超声传感器，用加速度传感器计算修正车体振动带来的影响，但存在着加速度传感器对俯仰和转弯很敏感与标定困难的问题。除了上述明显问题，由于传感器安装尺寸的限制，上述方案还均存在采样密度受限等问题。
三、发明内容
本实用新型地目的在于提供一种非接触式的、高密度、数字和图像直观可见的路面断面形变自动检测装置，它可给出毫米级间隔、且绝对截面意义上的测量数据。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的。路面断面形变自动检测装置，它由检测车体、探测系统和处理系统构成，其特征在于探测系统为两组，其结构相同，均由两个相连的且底面敞开的不透光长方箱体和分别安装在两箱体内的辅助光源以及高速CCD摄像机组成，处理系统由用于定位的光码里程仪和带图像采集卡的计算机组成；两组探测系统分别安装于检测车体的侧面和后部(或前部)，分别构成路面平整度检测系统和路面车辙检测系统，探测系统内CCD摄像机的光轴垂直于所测表面，辅助光源和高速CCD摄像机由计算机控制同步工作；处理系统中的光码里程仪安置在检测车体的车轮中心轴上，其输出端与带图像采集卡的计算机连接，它起定位作用，随时向计算机提供道路里程信息；带图像采集卡的计算机安装于检测车体内。为加强被检测路面的对比图像，两箱体的连接面底部要略高于两箱体的外周面，在两箱体的连接面下端还设置一个影像参考尺。
本实用新型所述的路面断面形变自动检测装置是根据结构光测距原理设计而成，它是一种基于辅助光照明的CCD路面断面形变自动检测装置。检测时，箱体内的辅助光源照射被测表面，在CCD摄像机的成像视场中就会投影形成三个明显的灰度区域，即影像参考尺成像区、照明可见区和阴影区，影像参考尺成像区与照明可见区之间形成边界线B1，照明可见区和阴影区之间形成边界线B2。由于结构安装关系确定，上述成像中影像参考尺成像区与照明可见区之间形成的边界线B1始终为一条直线；若被测表面为平面，则灯光投影后照明可见区和阴影区之间形成边界线B2就为直线，若被测表面为曲面，则灯光投影线后照明可见区和阴影区之间形成边界线B2就为曲线。这两条边界线B1和B2对应点的距离变化就反映了所测表面高度的相对变化。本装置在测试时，可以不受车体振动的影响，应为车体振动影响的是被测表面的上切线C与影像参考尺成像区和照明可见区之间形成的边界线B1之间的距离，而被测表面上切线C的各点与照明可见区和阴影区之间形成边界线B2的各点距离始终不变，计算机通过以下公式即可得出路面具体变化数值H(i)：
H(i)＝f[C(i)，B2(i)]＝k1*k2*(Yci-Yb2i)
其中：K1为摄像机标定系数；
C为平行于B1线并且上切B2线的直线，i为成像平面的横坐标位置；
C(i)、B(i)分别表示横坐标为i的直线C和曲线B2上的纵坐标位置YCi和Y2i。
K2为tg(α)；
α为最右侧光线和调试平面(地平面)的夹角。
本实用新型与现有技术相比，具有大量程、高连续性、长距离等特点，采样密度高，可达毫秒级间隔精度，采样处理结果不受车体上下振动的影响，能得到形变图象结果，数字和图像直观可见，是绝对截面意义上的测量数据。并且结构简单、操作方便，可广泛应用于公路验收、路况普查等。
四、附图说明
图1为本实用新型所述路面断面形变自动检测装置的总体安装位置示意图。
图2为本实用新型中探测系统的结构示意图。
图3为图2的左视图。
图4是当被测表面为平面时，CCD摄像机的成像示意图。
图5是当被测表面为曲面时，CCD摄像机的成像示意图。
图6为形变测量计算原理示意图。
五、具体实施方案
下面结合附图对本实用新型的具体结构作进一步详细说明。
参见图1、图2和图3，本实用新型所述的路面断面形变自动检测装置，它是由检测车体、两组结构相同的探测系统a和b以及处理系统构成。探测系统a由两个相连的且底面敞开的不透光长方箱体1和2以及分别位于两箱体内的辅助光源3、高速CCD摄像机4以及影像参考尺5组成，辅助光源3采用恒光或闪光方式辅助照明，安装固定在箱体1内，距离地面20cm到30cm；CCD摄像机4采用高速面阵CCD摄像机，它安装固定在箱体2内，距离地面约120cm，其光轴垂直于所测表面8；影像参考尺5长度为120cm，安装在两相体连接面的下端，距离地面约15cm高。处理系统由光码里程仪和带图像采集卡的计算机6组成，光码里程仪安装在检测车体7任意后轮中心轴的外端，辅助光源3和高速CCD摄像机4由计算机6控制同步工作，探测系统a安装于检测车体7的侧面，探测系统b安装于检测车体7的后部，带图像采集卡的计算机6安装于检测车体7内。
当被测表面8为平面时，高速CCD摄像机4通过灯光照射投影后的图像如图4所示，当被测表面8为曲面时，高速CCD摄像机4通过灯光照射投影后的图像如图5所示。图4、图5中的边界线B1与B2对应点的距离变化就反映所测表面8高度的相对变化，通过标定可给出具体变化数值。形变测量计算的原理见图6所示。