对称式线激光路面车辙检测系统.pdf

本发明涉及一种对称式线激光路面车辙检测系统，具有两副分装在系统搭载车后的竖向系统支撑架杆，在支撑架杆的上方装有俯向拍摄相机，在两支撑架杆的下部分别通过前、后向支撑杆安装有前、后侧线激光器，两侧线激光器向斜下方发出的线激光束对称相交于拍摄区的待测路表面处。工作中，前、后两侧线激光器发出的光束在路面上的投影形成的激光散射线，通过数字拍摄相机成像并借助数字图像处理和计算后可得到路面车辙的深度、左右车辙大小等信息；当车辆因振动、颠簸造成车辆俯仰角度变化或当路面在小区域范围内存在坡度情况时，两线激光束产生相反的位移，通过取两者车辙检测结果的均值，可减小或消除车辙检测的误差，获得准确客观的路面车辙信息。

1、  一种对称式线激光路面车辙检测系统，其特征在于具有两副分装在系统搭载车(1)后部两侧边的竖向系统支撑架杆(2)，在两支撑架杆(2)的上方各装有一台俯向拍摄相机(4)，在两支撑架杆(2)的下部分别各安装有一根后向支撑杆(8)和一根前向支撑杆(15)，在两后向支撑杆(8)的后端头设有带扩束镜的后侧线激光器(7)，在两前向支撑杆(15)的前端头设有带扩束镜的前侧线激光器(14)，前、后侧线激光器(14、7)向斜下方发出的线激光束(11、10)对称相交于拍摄相机(4)下拍摄区的待测路表面处。

2、  根据权利要求1所述的对称式线激光路面车辙检测系统，其特征是在两支撑架杆(2)的下部通过转动轴(16)各铰装有一根后向支撑杆(8)，在两后向支撑杆(8)的后端头之间横置架连有一根其上对称设置了至少三个后侧线激光器(7)的连接杆，在同侧竖向系统支撑架杆(2)上部和后向支撑杆(8)后部之间分别通过转动轴(6)连接有一根可调节连接杆(5)。

3、  根据权利要求1所述的对称式线激光路面车辙检测系统，其特征是前向支撑杆(15)的后端通过连接螺栓(19)安装在系统支撑架杆(2)的下部，前侧线激光器(14)通过转动轴(13)安装在前向支撑杆(15)的前端。

对称式线激光路面车辙检测系统
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线激光路面车辙检测系统。
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、测量精度高的对称式线激光路面车辙检测系统。
为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的：所提供的对称式线激光路面车辙检测系统具有两副分装在系统搭载车后部两侧边的竖向系统支撑架杆，在两支撑架杆的上方各装有一台俯向拍摄相机，在两支撑架杆的下部分别各安装有一根后向支撑杆和一根前向支撑杆，在两后向支撑杆的后端头设有带扩束镜的后侧线激光器，在两前向支撑杆的前端头设有带扩束镜的前侧线激光器，前、后侧线激光器向斜下方发出的线激光束对称相交于拍摄相机下拍摄区的待测路表面处。
本发明所述的路面车辙检测系统为一种基于对称式检测原理检测系统。实际工作中，前后两侧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，检测系统前后对称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，两线激光束产生相反的位移，通过取两者车辙检测结果的均值，可以减小或消除车辙检测的误差；当路面在小区域范围内存在坡度情况时，两线激光检测出大小相反的位移，通过取两者车辙检测结果的均值，可以减小或消除车辙检测的误差。总之，本发明所述的路面车辙检测系统，可以达到减小或消除各种外界因素对测量精度的影响，获得准确客观的路面车辙信息。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例的侧向工作结构示意图。
图2为图1所示实施例的俯视向结构的工作原理图。
图3为图1所示实施例结构随车体沿逆时钟向转动β角(俯角)的工作原理图。
图4为图1所示实施例结构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—竖向系统支撑架杆，3—相机固定架，4—拍摄相机，5—可调节连接杆，6—转动轴，7—后侧线激光器，7’—后侧线激光器收起的位置，8—后向支撑杆，8’—后向支撑杆收起的位置，9—路表面，10—后侧线激光束，11—前侧线激光束，12—密封盖，13—转动轴，14—前侧线激光器，15—前侧线激光器支撑架，16—转动轴，17—系统支撑架连接板，18—系统搭载车连接板，19—连接螺栓，20—前侧线激光束与路表面交接线，21—后侧线激光束与路表面交接线，22—路表面最低处，23—路表面最高处，24—拍摄相机视场角边缘，25—拍摄相机光轴，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。
参见图1，本发明所述的对称式线激光路面车辙检测系统由设在系统搭载车1后上方两边的俯向拍摄相机4、设在搭载车1后下部两边前后侧的线激光器14、7以及系统支撑连接架体组成。系统支撑连接架体内具有两副分装在系统搭载车1后部两侧边的竖向系统支撑架杆2，在两支撑架杆2的上方各连装有一个用于安装俯向拍摄相机4的相机固定架3；在两支撑架杆2的下部沿后向(附图中为左向)通过转动轴16各铰装有一根后向支撑杆8，支撑杆8可沿转动轴16转动实现放下或收起；在两后向支撑杆8的后端头之间横置架连有一根其上对称设置了至少三个带扩束镜的后侧线激光器7的连接杆，在同侧竖向系统支撑架杆2上部和后向支撑杆8后部之间分别通过转动轴6连接有一根可调节连接杆5；在两支撑架杆2的下部沿前向(附图中为右向)倚邻搭载车体内边通过连接螺栓19还各连装有一根前向支撑杆15，在前向支撑杆15的前端通过转动轴13安装有带扩束镜的前侧线激光器14。该检测系统中的前、后侧线激光器14、7相对路面检测位置点对称设置，其向斜下方发出的线激光束11、10对称相交于拍摄相机4镜下拍摄区的待侧路表面处。检测系统中所用的两台拍摄相机均采用数字相机，每台相机拍摄1/2宽车道路面的宽度。
本发明所述的对称式线激光路面车辙检测系统的工作原理如图和图4所示。
一、正常情况下，系统搭载车1沿平直路面平稳行驶，支撑架杆2垂直于路面，前侧线激光器14发出的激光束11与路面和车辙底面的交点分别为B、C，后侧线激光器7发出的激光束10与路面和车辙底面的交点分别为A、D，则车辙深度
H＝CBsin∠BCD＝K·C′B′sin∠BCD。
二、当车辆上下振动时，检测系统前后对称的线激光器14、7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时，两线激光器产生相反的位移，导致两侧线激光束11、10的照射角度发生变化。当激光束11、10的照射角度逆时针变化β角时，此时原激光束11、10分别变为11′、10′，其发出的激光束与路面和车辙底面的交点分别为B1、C1和A1、D1，则


显然H_前<H，H_后>H；当激光束11、10的照射角度顺时针变化β角时(参见图4)，此时原激光束11、10分别变为11″、10″，其发出的激光束与路面和车辙底面的交点分别为B2、C2和A2、D2，则同理可有H_前><H，H_后<H。
当取两者的均值即(H_前+H_后)时，不管是逆时针转动还是顺时针转动，均可以减小或消除车辙检测的误差，即

如此即达到减小或消除各种外界因素对测量精度的影响的作用，从而获得准确客观的路面车辙信息。