专利名称：车载道路平顺性测量系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及道路移动测量技术领域，尤其涉及一种车载道路平顺性测量系统。
背景技术：
我国道路建设正处在快速发展时期，截止到2010年，我国高速公路总里程发展到 7. 4万公里，“五纵七横” 12条国道主干线提前13年全部建成，西部开发8条省际通道基本贯通。高速公路里程仅次于美国而位居世界第二。对交通道路的信息化管理也是大势所趋， 对交通道路信息的快速获取、更新也成了我们所要面对的问题。当前的道路平顺性测量主要采用人工测量和仪器设备的静态测量为主，人工测量结果精度低，静态测量效率差，无法满足高效、精确测量的要求，需要引入更科学的测量方法和系统。道路移动测量系统的基本原理是综合惯性导航技术、移动近景摄影测量等尖端技术，在机动车上装配惯性导航设备、视频图像传感器、工控计算机以及航位推算装置等精密的仪器设备，在车辆高速行进之中，通过惯性导航测量获取道路的平顺性状态，同时以近景摄影测量的方式，快速拍摄道路影像，用于检测结果的参考和测量。这些影像连同车载平台的轨迹坐标数据和姿态数据一起，按时间同步关联存储在车载计算机之中。道路移动测量具备高效率、高精度、自动化处理的优点，是学科发展前沿技术。惯性测量单元获取的数据在移动测量中主要用作LIDAR三维成像的定位定姿，在道路检测系统中该数据实际上反映了车辆在道路病害作用下的运行特征，可以通过数据分析，测量道路的平顺参数如纵坡、横坡、航向等，进而可以发现和确定由桥头跳车、道路沉降、塌陷、凸起等病害引起的纵波、横坡参数异常并进行定位。但由于目前缺少相关研究和分析软件，所以无法提取出有效信息，更无用做道路平顺性测量的应用。在知识产权方面， 国内只有针对桥头跳车等施工工艺的相关专利，还没有针对车载道路平顺性测量的相关专禾U，目前尚属空白。如上所述，现有的道路平属性测量方法无法完全满足高效、高速、动态、自动、全路段测量的要求，严重制约在道路、桥梁、路面沉降等领域的应用。
实用新型内容针对上述存在的技术问题，本实用新型的目的是提供一种车载移动道路平顺性测量装置，采用基于惯导和视频影像为核心的技术，提供完备的数据采集、处理、显示、分析解决方案，实现高精度、高速采集，实现道路平顺性指标的测量。为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是车载道路平顺性测量系统，包括有单板计算机模块、惯性测量单元、距离测量传感器、数字摄像机、显示单元和供电单元；供电单元输出工作电压到单板计算机模块、惯性测量单元、距离测量传感器、数字摄像机和显示单元；所述单板计算机模块由运算处理单元、测控单元和通信单元组成，通信单元和运算处理单元连接，通信单元和测控单元连接；惯性测量单元与通信单元连接，距离测量传感器的脉冲信号输入测控单元，测控单元输出触发拍摄的脉冲信号到数字摄像机，数字摄像机拍摄的视频数据输入到通信单元，显示单元与运算处理单元连接。而且，惯性测量单元设有6自由度惯性传感器和USB接口，惯性测量单元与通信单元通过USB接口连接，6自由度惯性传感器得到的X，Y，Z方向的加速度和X，Y，Z方向的角速度信号经USB接口输入通信单元。而且，距离测量传感器安装在测量车的后轮转轴上，测控单元设有可编程数字IO 接口，距离测量传感器根据后轮轮轴转动输出的脉冲信号输入测控单元的可编程数字IO 接口。 而且，数字摄像机设有RJ45端口，通信单元设有千兆网络适配器，数字摄像机拍摄的视频数据通过RJ45端口输入到通信单元的千兆网络适配器。而且，显示单元设有LVDS显示接口，显示单元通过LVDS显示接口与运算处理单元连接。本实用新型具有以下优点和积极效果1)采用本实用新型所提供车载道路平顺性测量系统实现的测量方法先进，利用惯性测量单元测量道路平顺性是移动测量方法的创新；2) 一体化集成设计，距离测量传感器和惯性测量单元的数据通过单板计算机模块处理，接口简单，易于安装；3)采用低功耗设计，无需交流电源，可充分利用车辆自带电源系统；4)采用高精度和高动态响应模块实现，可实现60公里/小时的测量速度。5)在测量道路平顺性指标的同时，可实现基于不平顺的道路病害检测；6)结合数字摄像机，测量结果可以和图像对照，结果直观、可靠。
图1是本实用新型实施例的结构图。
具体实施方式
以下结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。本实用新型提供的车载道路平顺性测量系统，包括有单板计算机模块1、惯性测量单元6、距离测量传感器7、数字摄像机8、显示单元5和供电单元9 ；供电单元9输出工作电压到单板计算机模块1、惯性测量单元6、距离测量传感器7、数字摄像机8和显示单元5。单板计算机模块1根据惯性测量单元6、数字摄像机8、距离测量传感器7的信号， 计算出道路的平顺性指标，并检测出道路不平顺病害，系统的测量速度可达60公里/小时。 具体实施时，单板计算机模块1可以采用工业单板计算机。工业单板计算机采用无风扇、单电源供电的一体化模块，集成有运算、存储、通信、数字IO处理、显示等功能。其中，单板计算机模块1由运算处理单元2、测控单元4和通信单元3组成。通信单元3和运算处理单元2连接，通信单元3和测控单元4连接；惯性测量单元6与通信单元 3连接，距离测量传感器7的脉冲信号输入测控单元4，测控单元4输出触发拍摄的脉冲信号到数字摄像机8，数字摄像机8拍摄的视频数据输入到通信单元3，显示单元5与运算处理单元2连接。为便于实施参考起见，本实用新型提供进一步技术方案惯性测量单元6设有6自由度惯性传感器和USB接口，惯性测量单元6与通信单元 3通过USB接口连接，6自由度惯性传感器得到的X，Y，Z方向的加速度和X，Y，Z方向的角速度信号经USB接口输入通信单元3。具体实施时，可以采用集成ADI的6自由度传感器， 该传感器使用MEMS陀螺，有很好的动态特性和响应速度，典型输出频率为200Hz，当行驶速度为Mkm/h时，采样间隔为7. 5cm。6自由度传感器所获测量参数通过显示单元5实时显示，实现了高性能、简单性与改进的数据接口的结合，与其它同类相比，具有更快的响应时间和更低的功耗。对于高性能平台控制与导航设备的车载系统来说，使得复杂的运动检测设计更加容易且性价比更高。该6自由度传感器可使功耗降低至少20%，启动时间提升约 10倍，偏移稳定性提高50%，并降低了影响导航精度的噪声，特别适合工业车载导航系统。 运算处理单元2根据惯性测量单元6输出的6自由度参数计算平顺性指标，包括道路横坡、 纵波、航向等，各指标用时间和行驶距离同步，绘制出随距离变化的波形，并通过显示单元5 显不。距离测量传感器7安装在测量车的后轮转轴上，测控单元4设有可编程数字IO接口(GPIO)，距离测量传感器7根据后轮轮轴转动输出高精度的脉冲信号到测控单元4的可编程数字IO接口。测量车的后轮转轴每转动一圈，输出IOM个脉冲，典型的距离测量分辨率高达2mm，完全满足道路纵坡、横坡、航向等平顺性指标的测量要求。数字摄像机8设有RJ45端口，通信单元3设有千兆网络适配器，数字摄像机8拍摄的视频数据通过RJ45端口输入到通信单元3的千兆网络适配器。数字摄像机8的采样速度为15幅/秒，当行驶速度为Mkm/h时，拍摄的影像间隔距离可达lm。数字摄像机8 的镜头采用C接圈镜头，视角为45° 60°，相机光电传感器尺寸为1/2英寸，分辨率大于 1920*1200，以上为非限制性参数，可根据实际测量需求调整。数字摄像机8采用200万像素以上的分辨率，安装在测量车前端，以道路路面为拍摄对象，用于系统对道路平顺性状态的识别。拍摄方式为行驶间距触发，输出的视频数据通过千兆网络适配器的千兆以太网接口输入，经通信单元3处理后传输给运算处理单元2，可实现每秒15幅以上的拍摄速度。通信单元3的千兆网络适配器接收由数字摄像机8拍摄的影像后，运算处理单元2将影像与触发时刻的行驶距离(里程)同步。显示单元5设有LVDS显示接口，显示单元5通过LVDS显示接口与运算处理单元2 连接。具体实施时，显示单元5的液晶显示模块与单板计算机模块1的机箱可以采用紧凑一体化设计，液晶显示模块连接到设于单板计算机模块1机箱上的LVDS接口。显示单元5 采用液晶显示模块，典型分辨率为1024*768，可输出测量系统软件界面，显示平顺性指标和惯性测量参数；可显示对应里程的视频图像。下面描述本实用新型所提供车载道路平顺性测量系统的工作过程，以便实施参考系统采用低功耗设计，测量车上的车载12V直流电池为测量系统提供外部直流电源，供电单元9将12V的输入进行DC-DC变换，输出12V和5V的直流电压供各单元使用。系统总功耗小于200W。惯性测量单元6安装在测量车顶部，X，Y，Z方向与测量车的前、侧向、垂直方向标定。系统通电后让惯性测量单元6稳定工作一段时间，再正式启动测量过程；惯性测量单元 6以固定的频率采集6自由度方向的数据，各组数据经过时间同步发送到单板计算机模块 1 ；距离测量传感器7在车辆启动后，根据距离输出相应的脉冲数，距离=脉冲数/1024*周长，如后轮周长为2. 20m，车辆转到一圈输出IOM个脉冲，行驶距离即为2. 20m，脉冲的计数值与时间同步；单板计算机模块1根据时间的对应关系即可知道各时刻的惯性参数和对应的行驶里程，并依次计算里程对应的平顺性参数，由运算处理单元2根据惯性参数的积分、 滤波运算得到纵坡、横坡、航向的等平顺性指标。根据预先设定，测控单元4在行驶一定距离周期触发数字摄像机8，例如设定触发间隔为5m，即在η = 5/2. 2*1024 = 2327个脉冲后输出一个触发信号，数字摄像机8在接受触发信号后存储一幅道路影像发送给单板计算机模块1，各幅影像与行驶里程对应。单板计算机模块1在检测到平顺性指标异常后，输出对应的里程，并根据里程值在显示单元5显示相应的影像。具体实施时，操作步骤可如下进行1、安装各部件，惯性测量单元6和数字摄像机8安装在测量车顶部，距离测量传感器7安装在测量车的后轮转轴上；单板计算机模块1、显示单元5、供电单元9作为一体化机箱安装在测量车内合适操作位置；2、开启电源，运行单板计算机模块1装载的软件，设置量程测量范围和装置测量参数，包括惯性测量单元6的测量频率，距离测量传感器7的周脉冲数、轮周长，摄像机触发间隔，病害检测级别等，保存相关设置；3、启动测量车开始正式测量，系统采集惯性测量单元6、距离测量传感器7的数据，并依据间距参数输出触发信号至数字摄像机8 ；4、单板计算机模块1接收视频影像，计算平顺性指标；5、单板计算机模块1检测判别不平顺病害，并查找对应同步影像，绘制图像、更新数据并输出和存储病害判别结果；6、如遇中途结束命令，停止测量并存储数据和病害判别结果，否则待车辆停止行驶后，结束测量过程。
权利要求1.一种车载道路平顺性测量系统，其特征在于包括有单板计算机模块、惯性测量单元、距离测量传感器、数字摄像机、显示单元和供电单元；供电单元输出工作电压到单板计算机模块、惯性测量单元、距离测量传感器、数字摄像机和显示单元；所述单板计算机模块由运算处理单元、测控单元和通信单元组成，通信单元和运算处理单元连接，通信单元和测控单元连接；惯性测量单元与通信单元连接，距离测量传感器的脉冲信号输入测控单元，测控单元输出触发拍摄的脉冲信号到数字摄像机，数字摄像机拍摄的视频数据输入到通信单元，显示单元与运算处理单元连接。
2.根据权利要求1所述的车载道路平顺性测量系统，其特征在于惯性测量单元设有6 自由度惯性传感器和USB接口，惯性测量单元与通信单元通过USB接口连接，6自由度惯性传感器得到的X，Y, Z方向的加速度和X，Y, Z方向的角速度信号经USB接口输入通信单元。
3.根据权利要求1所述的车载道路平顺性测量系统，其特征在于距离测量传感器安装在测量车的后轮转轴上，测控单元设有可编程数字IO接口，距离测量传感器根据后轮轮轴转动输出的脉冲信号输入测控单元的可编程数字IO接口。
4.根据权利要求1所述的车载道路平顺性测量系统，其特征在于数字摄像机设有 RJ45端口，通信单元设有千兆网络适配器，数字摄像机拍摄的视频数据通过RJ45端口输入到通信单元的千兆网络适配器。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的车载道路平顺性测量系统，其特征在于显示单元设有LVDS显示接口，显示单元通过LVDS显示接口与运算处理单元连接。
专利摘要本实用新型涉及一种车载道路平顺性测量系统，包括单板计算机模块、惯性测量单元、距离测量传感器、数字摄像机、显示单元和供电单元，单板计算机模块由运算处理单元、通信单元和测控单元组成，惯性测量单元与通信单元连接，距离测量传感器的脉冲信号输入测控单元，测控单元输出触发拍摄的脉冲信号到数字摄像机，数字摄像机拍摄的视频数据输入到通信单元，显示单元与运算处理单元连接；供电单元向系统中其他部分供电。本实用新型不需交流电源，安装和使用方便，可实现高效、高速的道路平顺性测量和不平顺病害检测，可广泛应用于道路测量和公路安全检测领域。
文档编号G01C11/00GK202209948SQ201120352860
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月20日 优先权日2011年9月20日
发明者余峰, 李立 申请人:武汉大学