专利名称：改进的沥青路面损坏综合智能检测车的制作方法
技术领域：
本发明属于交通工程领域，涉及路面检测车，尤其是一种针对浙青路面损坏情况的检测车。
背景技术：
随着高等级公路和高速公路里程的大幅增长以及交通量的逐年递增，在不干扰交通的前提下对路面损坏进行准确、快速的检测成为路面养护管理的迫切需求。浙青路面的主要损坏可分为表面破损类和变形类，这两类损坏的范围和程度通常是浙青路面维修的依据，已问世或处于研究阶段的路面检测设备也以检测这两类损坏为主。其中以图像处理为技术基础的无损检测是该领域研究的重要方向，但目前的技术水平仍不够成熟，特别是自动化检测方面，多数应用仍停留在试验阶段。在路面损坏检测中，检测路面破损普遍采用外业拍照或摄影、内业识别的方式，较成熟的识别模式多为人工识别或半自动识别，全自动识别以及实时识别尚未有稳定成熟的应用。与破损检测相对单一的技术路线不同，路面变形检测呈现出多种技术形式，从早期的多激光传感器检测，到激光转镜扫描检测、光学干涉检测，以及激光结构光断面检测等，在技术上均可以实现对路面变形的快速、无损检测，自动化程度也较高。相比而言，激光转镜检测，由于结构复杂、造价昂贵在实践中应用不多；光学干涉检测由于对震动极其敏感从而不适合动态环境下的检测。如今应用最多的仍是相对传统的多激光传感器检测，虽然检测精度和方法均存在缺陷，但技术成熟、造价低廉。结构光检测路面变形的理念迄今已有超过 20年的历史，但将激光作为结构光的时间并不长。目前多数激光结构光都存在只能在夜间检测或受震动影响检测精度不高的问题。此外，不论采用哪种技术，目前针对路面变形的检测都存在忽略路面三维变形的问题，所建立的路面三维形貌也不能准确反映路面工作状态。而目前集成的路面检测设备也都不同程度地存在下列问题损坏定位技术仅采用GPS 或仅采用里程控制器，具有GPS定位不够精确、里程控制又忽视全局的劣势；检测装置与车身不是一体性设计，难以忽略行驶过程中车身或检测装置震动对检测结果的影响。鉴于上述原因，虽然已有多种基于图像处理的路面自动化检测设备问世，但其在实际生产实践中的应用仍然非常有限，该领域的研究仍存在很大空间。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种改进的浙青路面损坏综合智能检测车，其布置紧凑、车身与检测装置刚度协调、在正常行驶速度下即可同时检测路面破损和变形，并可获得损坏位置。本发明所采用的解决方案是—种改进的浙青路面损坏综合智能检测车，包括车身、路面破损检测仪、路面变形检测仪、GPS装置和里程测距装置，路面破损检测仪安装于车身的前端，通过拍摄路面图像获得路面破损信息；路面变形检测仪安装于车身的尾端，通过至少三束平行激光线和至少一束与平行激光线相交叉的激光线投射于地面的变形确定路面变形信息；GPS装置安装于车身的顶部；里程测距装置安装于检测车的车轮轴上。进一步，所述路面破损检测仪包括CCD线扫描相机、照明激光器和第一棱镜，第一棱镜置于照明激光器前方，且第一棱镜和照明激光器并列布置于CCD线扫描相机的一侧。所述照明激光器发射出的点激光经第一棱镜扩散后的线激光，宽度不小于7mm。所述路面破损检测仪通过支架固定于车身上，支架包括4根连接杆，其中2根的一端焊接在车身顶部，另一端焊接在路面破损检测仪上；另外2根的一端焊接在车身前端，另一端焊接在路面破损检测仪上。所述路面变形检测仪包括CCD面阵相机和大功率线型532nm激光器，大功率线型 532nm激光器至少有4台，固定于安装架上，其中至少三台横向安装，即平行于路面横断面， 至少一台侧向安装，即与横向成锐角夹角；安装架固定于车身顶部，且覆盖整个车顶并延伸至车身尾端外部，大功率线型532nm激光器位于车身尾端外部的安装架上，且其激光均向路面投射，CCD面阵相机安装于车身尾部的下端。所述安装架包括横梁和纵梁，纵梁为两根，分别设于两端，横梁为若干根，且两根为一组；横梁和纵梁之间滑动连接；每个横向安装的大功率线型532nm激光器各自固定于其中一组的横梁上，侧向安装的大功率线型532nm激光器与横向安装的大功率线型532nm 激光器共用一组横梁或者独立安装于一组横梁上，大功率线型532nm激光器和横梁之间设有橡胶垫片。所述大功率线型532nm激光器包括发射器和第二棱镜，发射器发射出的点激光经第二棱镜扩散成线激光投射于路面，覆盖一个车道宽度；CCD面阵相机拍摄激光投影区的图像，拍摄范围覆盖一个车道宽度。所述CXD面阵相机上设有滤光元件组，滤光元件组包括宽带滤光片和窄带滤光片，其中宽带滤光片安装在CCD面阵相机的相机镜头前，窄带滤光片安装在相机镜头与CCD 面阵相机的图像传感器之间。由于采用了上述方案，本发明具有以下特点1.利用至少3束横向线激光和1 2束斜向线激光组成的结构光图样对浙青路面进行投影，可同时获得浙青路面的横向不平整程度和纵向不平整程度，也即二维平整度，解决了直接利用路面横断面信息构造路面三维形貌时无法准确描述路面纵向变形的问题；2.当采用至少4 5束线激光结构光检测路面变形时，只需1台高速高清面阵相机即可通过图像计算快速得到路面的纵向变形程度； 3. GPS对路面损坏进行区域级定位，里程测距装置获得路面损坏相对于路线的具体桩号位置，为道路的网级和项目级养护管理提供了便利。
图1是本发明一种实施例的侧面布置示意图；图2是图1所示实施例的车前布置示意图；图3是图1所示实施例的车尾布置示意图；图4是图1所示实施例的车尾532nm大功率线型激光器组包括至少4台线激光器 (含1台斜向激光器)时的安装示意图；图5是图4所示线激光器安装方案对应的路面结构光图样；
图6是图1所示实施例的车尾532nm大功率线型激光器组包括至少5台线激光器 (含2台斜向激光器)时的安装示意图；图7是图6所示线激光器安装方案对应的路面结构光图样；图8是图2所示路面破损检测装置的工作原理图；图9是图3所示路面变形检测装置的工作原理图；图10是图9所示面阵相机上滤光元件组的安装图。
具体实施例方式以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。如图1所示，本发明改进的浙青路面损坏综合智能检测车，包括车身、路面破损检测仪1、路面变形检测仪、GPS装置3和里程测距装置8，路面破损检测仪1通过支架2安装于车身的前端；路面变形检测仪安装于车身的尾端；GPS装置3安装于车身的顶部；里程测距装置8安装于检测车的车轮轴上。路面破损检测仪1包括高速高清CCD线扫描相机19、照明激光器17和第一棱镜18，其中第一棱镜18放置在照明激光器17前方，二者均并列布置在CXD线扫描相机19 一侧。路面变形检测仪包括多台(至少4 5台)大功率线型532nm 激光器5、1台高速高清CCD面阵相机6及其配套的滤光元件组23，大功率线型532nm激光器5安装于钢架4上，钢架4通过焊接加螺栓锚固的方式固定于车身的顶部，钢架4的长度覆盖整个车顶一直延伸至车尾边缘外部，大功率线型532nm激光器5即位于该车尾边缘外部的钢架4上，其激光均向路面投射。其中，至少3台大功率线型532nm激光器5的线激光束呈横向(平行于路面横断面)，另1 2台大功率线型532nm激光器5的线激光束呈斜向或斜向交叉(与路面横断面成锐角夹角)，线激光束的方向通过激光器上的棱镜方向调节； 高速高清CCD面阵相机6通过三角形支架7安装于车身尾部的下部，支架7采用焊接加螺栓9锚固的方式固定在车身的尾部，与车身连成一体，如图3所示。如图2所示，支架2由4根焊接在车身上的钢材构成，其中2根的一端焊接在车顶， 另一端焊接在路面破损检测仪1上，另外2根的一端焊接在车前，另一端同样焊接在路面破损检测仪1上，分别各成一对三角形支架。支架2应具有足够的刚度，并与车身刚度协调， 避免在车辆行驶时过度震动。图4是大功率线型532nm激光器5的具体布置示意图的一个实施例，如图所示，钢架4包括横梁10和纵梁11，纵梁11为两根，分别设于两端，横梁10至少为6根，2根一组。 本例中大功率线型532nm激光器5包括3台发射横向线激光束的激光器12 (简称横向激光器)和1台发射斜向线激光束的激光器13 (简称斜向激光器)，其中3台横向激光器12各自安装于其中一组横梁10上，斜向激光器13则安装于中间一组横梁10上，与该组横梁10 上的横向激光器12并列安装。每个大功率线型532nm激光器5都通过锚固螺栓14与横梁 10相连，大功率线型532nm激光器5和横梁之间设有橡胶垫片15，使大功率线型532nm激光器5与钢架4的连接更加紧凑，并可减轻锚固压力对大功率线型532nm激光器5的破坏； 钢架4的横梁10和纵梁11采用滑动连接方式，用以调整激光器组的间距。图5是图4所示激光器布置实施例的激光结构光图样，其中3束横向线激光呈平行状，并与路面横断面方向平行，1束斜向线激光与横向线激光交叉。图6是大功率线型532nm激光器5的具体布置示意图的另一个实施例。与图4所示实施例不同的是，本实施例中，位于中央的横梁上只居中安装了一台横向激光器，而该横梁的一侧(近车尾一侧)则增加了一组用于安装斜向激光器的横梁16，横梁16上装有2台斜向激光器13，并呈间隔居中布置。调节斜向激光器的棱镜角度，使2束斜向线激光束与位于中央的横向线激光束呈锐角(10 45° )对称相交并交于一点。本实施例的其余设置均与图4所示实施例相同。图7是图6所示激光器布置实施例的激光结构光图样，其中3束横向线激光呈平行状，并与路面横断面方向平行，2束斜向线激光与横向线激光呈锐角(10 45° )对称交叉并交于一点。图8为路面破损检测装置的工作原理图，照明激光器17发射出的点激光经第一棱镜18扩散成线激光，投射在路表20上，该线激光具有一定宽度(宽度一般不小于7mm)，应覆盖高速高清CCD线扫描相机19的扫描范围。该路面破损检测仪1可昼夜对路面进行连续或间隔拍摄，CCD线扫描相机19和照明激光器17与车身的连接应牢固稳定，避免在车辆行驶过程中因震动导致拍照位置与照明位置错位。图9所示是路面变形检测装置的工作原理图。如图所示，大功率线型532nm激光器5由发射器21和第二棱镜22组成，发射器21发射出的点激光经第二棱镜22扩散成线激光投射于路面，覆盖一个车道宽度；高速高清CCD面阵相机6的相机和镜头上安装了滤光元件组23，以排除太阳光的干扰；高速高清CCD面阵相机6拍摄激光投影区的图像，拍摄范围可覆盖一个车道宽度。图10所示是高速高清CXD面阵相机6上配套的滤光元件组23的安装示意图。滤光元件组23由宽带滤光片M和窄带滤光片25组成，其中宽带滤光片M安装在相机镜头 26前，窄带滤光片25安装在镜头沈与CXD图像传感器27之间。本发明的工作原理是车前安装的高速高清CCD线扫描相机19在照明激光器17 辅助照明的情况下可连续或间隔地拍摄清晰的路面图像，从而获得路面表面破损信息，包括裂缝、坑槽等。车尾安装的至少4 5台大功率线型激光器5，其中至少3束平行于车道横断面的横向线激光束投射于路面，并另外投射1 2束与车道横断面成锐角的斜向线激光束与横向线激光束交叉或对称交叉，构成路面结构光图样。将路面为理想平面时的结构光图样定义为路面结构光的标准形式，当路面存在变形时，结构光图样也相应地发生变形。 由于结构光图样在同一幅图像中成像，因此可根据变形结构光图样与标准形式的对应关系，通过图像处理的方式得到真实的路面变形。其中，横向线激光束反应路面的横向变形， 而横向激光束和斜向激光束的联合处理可得到路面的纵向变形。若给定起始测点的绝对高程，并使结构光图样连续覆盖路面，便可得到整个路面的绝对二维高程，并据此建立真实的路面三维模型。本发明的浙青路面损坏智能检测车的路面破损检测仪1可昼夜对路面进行连续或间隔拍摄，其中照明用的线激光应具备一定宽度，高速高清CCD线扫描相机19和照明激光器17 (棱镜18固定在照明激光器17的出光口)与车身的连接应牢固稳定，避免在车辆行驶过程中因震动导致拍照位置与照明位置错位；车辆尾部安装的路面变形检测仪，利用结构光投影原理对路面二维平整度(即三维变形)进行检测，并有效克服白天太阳光的干扰； 车内配备GPS装置3和里程测距装置8，可对路面损坏区域进行定位，并获得路面损坏相对于路线的准确桩号位置。高速高清CCD线扫描相机19、照明激光器17、大功率线型532nm激光器18、高速高清CCD面阵相机6，均与车内的车载电源和中央处理器连接。车前CCD线扫描相机19和车尾CCD面阵相机6将拍摄的图像通过以太网接口传输至设置在车内的中央存储器，待后续图像处理。综上所述，路面破损检测仪通过拍摄高清路面图像检测路面的破损状况，而路面变形检测仪通过拍摄特殊形式的结构光变形图样获取路面的变形特征。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种改进的浙青路面损坏综合智能检测车，其特征在于包括车身、路面破损检测仪、路面变形检测仪、GPS装置和里程测距装置，路面破损检测仪安装于车身的前端，通过拍摄路面图像获得路面破损信息；路面变形检测仪安装于车身的尾端，通过至少三束平行激光线和至少一束与平行激光线相交叉的激光线投射于地面的变形确定路面变形信息；GPS 装置安装于车身的顶部；里程测距装置安装于检测车的车轮轴上。
2.如权利要求1所述的改进的浙青路面损坏综合智能检测车，其特征在于所述路面破损检测仪包括CCD线扫描相机、照明激光器和第一棱镜，第一棱镜置于照明激光器前方， 且第一棱镜和照明激光器并列布置于CCD线扫描相机的一侧。
3.如权利要求2所述的改进的浙青路面损坏综合智能检测车，其特征在于所述照明激光器发射出的点激光经第一棱镜扩散后的线激光，宽度不小于7mm。
4.如权利要求1或2所述的改进的浙青路面损坏综合智能检测车，其特征在于所述路面破损检测仪通过支架固定于车身上，支架包括4根连接杆，其中2根的一端焊接在车身顶部，另一端焊接在路面破损检测仪上；另外2根的一端焊接在车身前端，另一端焊接在路面破损检测仪上。
5.如权利要求1所述的改进的浙青路面损坏综合智能检测车，其特征在于所述路面变形检测仪包括CCD面阵相机和大功率线型532nm激光器，大功率线型532nm激光器至少有4台，固定于安装架上，其中至少三台横向安装，即平行于路面横断面，至少一台侧向安装，即与横向成锐角夹角；安装架固定于车身顶部，且覆盖整个车顶并延伸至车身尾端外部，大功率线型532nm激光器位于车身尾端外部的安装架上，且其激光均向路面投射，CCD 面阵相机安装于车身尾部的下端。
6.如权利要求5所述的改进的浙青路面损坏综合智能检测车，其特征在于所述安装架包括横梁和纵梁，纵梁为两根，分别设于两端，横梁为若干根，且两根为一组；横梁和纵梁之间滑动连接；每个横向安装的大功率线型532nm激光器各自固定于其中一组的横梁上， 侧向安装的大功率线型532nm激光器与横向安装的大功率线型532nm激光器共用一组横梁或者独立安装于一组横梁上，大功率线型532nm激光器和横梁之间设有橡胶垫片。
7.如权利要求5所述的改进的浙青路面损坏综合智能检测车，其特征在于所述大功率线型532nm激光器包括发射器和第二棱镜，发射器发射出的点激光经第二棱镜扩散成线激光投射于路面，覆盖一个车道宽度；CCD面阵相机拍摄激光投影区的图像，拍摄范围覆盖一个车道宽度。
8.如权利要求1所述的改进的浙青路面损坏综合智能检测车，其特征在于所述CCD 面阵相机上设有滤光元件组，滤光元件组包括宽带滤光片和窄带滤光片，其中宽带滤光片安装在CCD面阵相机的相机镜头前，窄带滤光片安装在相机镜头与CCD面阵相机的图像传感器之间。
全文摘要
本发明公开了一种改进的沥青路面损坏综合智能检测车，包括车身、路面破损检测仪、路面变形检测仪、GPS装置和里程测距装置，路面破损检测仪安装于车身的前端，通过拍摄路面图像获得路面破损信息；路面变形检测仪安装于车身的尾端，通过至少三束平行激光线和至少一束与平行激光线相交叉的激光线投射于地面的变形确定路面变形信息；GPS装置安装于车身的顶部；里程测距装置安装于检测车的车轮轴上。本发明通过对路面进行连续或间隔拍摄；结构光投影原理对路面三维变形进行快速检测，并有效克服白天太阳光的干扰；对路面损坏区域进行定位，并获得路面损坏相对于路线的准确桩号位置，在正常行驶速度下即可同时获得沥青路面的破损和变形数据。
文档编号G01B11/16GK102518030SQ201110437160
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者孙立军, 李莉, 王慧, 陈长 申请人:同济大学