路面车辙激光检测系统.pdf

本发明涉及一种用于检测路面车辙指标的路面车辙激光检测系统，由设在系统搭载车后上方的俯向拍摄相机、设在搭载车后下部的带有角度变化测量传感器的线激光器以及系统支撑连接架体组成。实际工作中，线激光器发出的光束在路面上的投影形成的激光散射线，通过拍摄相机成像并借助数字图像处理和计算后，可准确客观地得到路面车辙的深度、左右车辙大小等信息，具有设计结构合理、使用方便、测量精度高等优点。

1、  一种路面车辙激光检测系统，其特征在于由1～2台设在系统搭载车(1)后部外上方的俯向拍摄相机(4)和1～2个通过转动轴(12)设在系统搭载车(1)车身后下部的带有角度变化测量传感器的线激光器(13)组成，线激光器(13)前方设有扩束镜，通过线激光器(13)向斜下方发出的线激光束(10)射至拍摄相机(4)下拍摄区的待侧路表面处。

2、  根据权利要求1所述的路面车辙激光检测系统，其特征在于线激光器(13)为两个分别通过转动轴对称设在系统搭载车(1)车身后下部两侧的带有角度变化测量传感器且前方设有扩束镜的线激光器。

3、  根据权利要求1所述的路面车辙激光检测系统，其特征在于线激光器(13)为一个通过转动轴设在系统搭载车(1)车身后下中部位置的带有角度变化测量传感器且前方设有扩束镜的线激光器。

4、  根据权利要求1或2或3所述的路面车辙激光检测系统，其特征在于所说的角度变化测量传感器为角速度传感器或陀螺仪。

5、  根据权利要求1所述的路面车辙激光检测系统，其特征是在系统搭载车(1)后部正中设有一副竖向支撑架杆(2)，将一个俯向拍摄相机(4)通过相机固定架(3)安装在竖向支撑架杆(2)的上端。

6、  根据权利要求1所述的路面车辙激光检测系统，其特征是在系统搭载车(1)后部两侧边各设有一副竖向支撑架杆(2)，将两个俯向拍摄相机(4)分别通过一个相机固定架(3)安装在各竖向支撑架杆(2)的上端。

路面车辙激光检测系统
技术领域
本发明属于光电测量系统技术领域，涉及一种物体位移或面形及其有关质量指标的光电检测系统，特别是一种可用于检测路面车辙指标的路面车辙激光检测系统。
背景技术
路面车辙的检测指标是路面养护维修管理工作的一项重要内容。路面车辙的凸陷不平特别是在雨天产生的积水现象往往对道路交通存在有极大的安全隐患，易使行驶的车辆产生侧滑，同时严重的车辙将会使车辆行驶变道困难，严重影响了行车的舒适性和安全性。所以，快速检测出道路的车辙情况从而为道路养护维修提供准确的路面状况分析指标是非常重要的。
以往公知的路面车辙检测技术主要有采用手工法的水准仪测量法、横短尺测量法、横断面仪测量法等。近年来，随着激光测量技术的发展，本领域相继又推出了激光转镜扫描法、多个激光位移传感器检测法、线激光数字图像检测法等几种快速检测路面车辙的技术，由于其检测速度快，采样密度大，能比较客观地给出车辙的多项指标，如左右车辙大小、车辙分布等，在很大程度上受到使用者的青睐。上述的现有技术在实际使用中虽然各具特点，但各自相应也还存在有一些需待解决的问题。
手工法检测车辙的技术一般只能适用于通车量小、小范围检测的情况。由于是手工检测，检测结果常常可能受到人为因素的影响，此外，手工检测法若用于车速高、车流量大的高速公路上检测，还存在严重的安全隐患。
在几种快速检测路面车辙的技术中，采用激光转镜扫描法，由于其技术复杂，产品价格也较昂贵，目前使用的不多；采用多个激光位移传感器检测车辙，虽然在横断面上布设有较多的激光位移传感器时，检测精度可以满足实际要求，但由于采用激光探头多，此种方法的产品成本较高。
对于目前采用的线激光数字图像检测法，它是利用单方向扩束的线激光照射路面，通过高速数字相机拍摄路面上散射的线激光，进而再通过图像处理获得路面的车辙。此种检测方法，可以在横断面上实现高密度采样，从而可以进一步提高车辙的检测精度。但是，该方法也还存在有一个严重的不足之处，就是车辙检测精度受车辆振动颠簸造成车辆俯仰变化情况的影响比较大。如何克服线激光路面车辙测量方法的不足，进而从根本上减小或消除车辆震动、颠簸对测量结果产生的影响，是目前线激光车辙检测方法亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处，提供一种设计结构合理、使用方便、测量精度高的路面车辙激光检测系统。
为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的：所提供的路面车辙激光检测系统由1～2台设在系统搭载车后部外上方的俯向拍摄相机和1～2个通过转动轴设在系统搭载车车身后下部的带有角度变化测量传感器(如角速度传感器、陀螺仪等)的线激光器组成，线激光器前方设有扩束镜，通过线激光器向斜下方发出的线激光束射至拍摄相机下拍摄区的待侧路表面处。实际工作中，设置在车身后下方的线激光器通过扩束镜使激光光源发出的光束在一个方向上扩展，其在路面上的投影形成的激光散射线，通过数字拍摄相机成像后，就得到一个对应的“曲线”像，再借助数字图像处理和计算可得到路面车辙的深度、左右车辙大小等信息；当车辆上下振动时，检测系统的线激光同时向上或向下运动，线激光在路面车辙上的投影最高点与最低点仅仅是前后位置变化，对应的车辙深度不变；当车辆振动或颠簸造成车辆俯仰角度变化时，通过和线激光器安装在一起的角度变化测量传感器，随时测量出车辆的俯仰角度变化值，通过数据处理，可以减小或消除车辙检测的误差，从而达到减小或消除各种外界因素对测量精度的影响的作用，获得准确客观的路面车辙信息。
附图说明
图1为本发明的侧向工作结构示意图。
图2为本发明一个实施例的俯视向结构的工作原理图，该实施例结构中俯向拍摄相机台数和线激光器个数按1∶2配置。
图3～图5为本发明另外三个实施例的俯视向结构的工作原理图，其中图3所示结构中俯向拍摄相机台数和线激光器个数按2∶2配置，图4所示结构中俯向拍摄相机台数和线激光器个数按1∶1配置，图5所示结构中俯向拍摄相机台数和线激光器个数按2∶1配置。
图6为本发明所述检测系统随车体沿逆时钟向转动β角(俯角)的工作原理图。
图7为本发明所述检测系统随车体沿顺时钟向转动β角(仰角)的工作原理图。
附图中各标号分别为：1—系统搭载车，2—竖向支撑架杆，3—相机固定架，4—拍摄相机，5—拍摄相机视场角边缘，6—拍摄相机光轴，7—路表面最高处，8—路表面，9—路表面最低处，10—线激光束，11—密封盖，12—转动轴，13—线激光器，14—激光束与路表面交接线，15—激光器支撑架，H—车辙深度。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明内容做进一步说明，但本发明的实际制作结构并不仅限于图示的实施例。
参见附图，本发明所述的路面车辙激光检测系统由设在系统搭载车1后上方的俯向拍摄相机4、设在搭载车1后下部的线激光器13以及系统支撑连接架体组成。拍摄相机4均采用数字相机，线激光器13向后斜下方发出的线激光束射至拍摄相机4下拍摄区的待侧路表面处。在图2所示的实施例结构中，线激光器13为两个分别通过转动轴对称设在系统搭载车1车身后下部两侧的带有角度变化测量传感器且前方设有扩束镜的线激光器，在系统搭载车1后部正中设有一副竖向支撑架杆2，将一个俯向拍摄相机4通过相机固定架3安装在竖向支撑架杆2的上端。在图3所示的实施例结构中，线激光器13为两个分别通过转动轴对称设在系统搭载车1车身后下部两侧的带有角度变化测量传感器且前方设有扩束镜的线激光器，在系统搭载车1后部两侧边各设有一副竖向支撑架杆2，将两个俯向拍摄相机4分别通过一个相机固定架3安装在各竖向支撑架杆2的上端，每台相机可拍摄1/2宽车道路面的宽度。在图4所示的实施例结构中，线激光器13为一个通过转动轴设在系统搭载车1车身后下中部位置的带有角度变化测量传感器且前方设有扩束镜的线激光器，设置在车身后上方的拍摄相机4数亦为一台。图5所示实施例结构中的俯向拍摄相机台数和线激光器个数则依上形式按2∶1配置。
本发明所述的路面车辙激光检测系统的工作原理如图1、图6和图7所示。
一、正常情况下，系统搭载车1沿平直路面平稳行驶，线激光器13通过扩束镜使激光光源发出的光束在一个方向上扩展，其在路面上的投影形成的激光散射线，通过数字拍摄相机成像后，得到对应的“曲线”像，再借助数字图像处理和计算可得到路面车辙的深度(此时车辙深度BD＝AB·sinα，见图1)、左右车辙大小等信息。
二、当车辆上下振动时，检测系统线激光器13同时向上或向下运动，线激光在路面车辙上的投影最高点与最低点仅仅是前后位置变化，对应的车辙深度不变。
三、当车辆行驶中因道路不平引起的振动或颠簸而造成车辆俯仰角度变化(如图6所示的沿顺时钟向转动β角或如图7所示的沿逆时钟向转动β角)时，线激光器13产生相反的位移，通过和线激光器13安装在一起的角度变化测量传感器，可随时测量出车辆的俯仰角度β的变化值，再通过数据处理，便可以减小或消除车辙检测的误差，如此即达到了减小或消除各种外界因素对测量精度的影响的作用，从而能够获得准确客观的路面车辙信息。在图6所示情况时，车辙深度B′D′＝BD＝A′B′·sinα′，α′＝α+Δα。在图7所示情况时，车辙深度B′D′＝BD＝A′B′·sinα′，α′＝α-Δα。