专利名称：路面弯沉激光高速检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种路面检测系统，特别是一种路面弯沉激光高速检测系统。
背景技术：
路面弯沉量是各种公路，机场路面特别是高速公路的验收和定期检测的一个很重 要的指标，但长期已来弯沉检测设备仍是人工或低速检测设备，如低速人工的弯沉检测设 备贝克曼梁仍大量用于公路的竣工验收和静态检测中，近年研制了基于贝克曼梁原理的自 动弯沉仪和从国外引进的先进的动态弯沉设备，如落锤式动态弯沉仪FWD，虽可连续进行弯 沉检测，但检测速度仅能达到5公里/小时，远达不到高速公路正常行驶速度，不仅检测效 率低，而且不便在高速公路进行正常检测。因此急需研制满足能在高速公路正常交通行驶 速度的高速弯沉检测设备。丹麦荷兰与美国等一些国家正研制用激光传感的路面弯沉的高速检测技术，如基于激光多普勒效应测量路面变形速度的高速弯沉仪的设计，其特点是直接用行进中的汽车 轮对地面连续加载，而用车载的激光多普勒速度传感器对路面变形进行高速非接触测量， 从而实现对路面变形的高速或交通速度的检测。如用安装于汽车轮迹线上的纵梁置多个激 光多普勒速度传感器测量路面在滚动的车轮加载下产生变形的速度，再由变形速度和有关 参量计算得到路面的弯沉和沉盆。显然其突出优点是实现了高速检测，大大提高了检测效 率，用滚轮加载和正常交通状况更一致，测量更具真实性。但实验中仍有许多问题尚未解决，而至今仍未形成成熟产品与得到广泛应用。显 然如何解决运动幅度比路面变形大几个数量级的车载平台自己的影响是一个难以解决的 问题，而且激光速度传感器不是测量的在满载下路面的变形速度，而是测量在滚轮前进中 沉盆曲线变化的速度，不能直接得到总弯沉和沉盆曲线。计算总弯沉和沉盆都需要对测量 条件多种参数进行标定。实际上总体技术尚不成熟。由于采用价格昂贵的精密激光多普勒 速度传感器系列，其总系统国际开价高达1500万人民币以上，严重影响高速弯沉技术的工 程应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直接测量与显示路面弯沉和弯沉盆曲线的高速智能 弯沉检测系统。实现本发明目的的技术解决方案为一种路面弯沉激光高速检测系统，包括载体 车，扇形激光光源，高分辨率CCD摄像机，里程控制器，计算机图像探测与信息处理系统，它 还包括标准载荷箱，标准载荷箱设置在后轮轴上方，扇形激光光源设置在车体底部的一侧， 该光源发射的激光束投射到车体另一侧轮隙上，高分辨率CCD摄像机设置在该轮隙线上 方，高分辨率CCD摄像机与激光光源固连于同一梁上，高分辨率CCD摄像机分别连接计算机 图像探测与信息处理系统和控制高分辨率CCD摄像机曝光的里程控制器，并将采集到的数 据传输给计算机图像探测与信息处理系统。
上述路面弯沉激光高速检测系统可包括一个激光光源和一个高分辨率CCD摄像机，该激光光源对地面以小于二十度的角度投射到另一侧轮隙线路面，从而形成长度为路 面弯沉半径二倍的线结构光图形，在该结构光图形的正上方设置高分辨率CCD摄像机，与 上述CCD摄像机相连接的里程控制器用空间周期为线结构光图形长度之半的里程信号控 制CCD摄像机采集路面图形。上述路面弯沉激光高速检测系统也可以包括两个激光光源和两个高分辨率CCD 摄像机，两扇形激光束对地面以小于二十度的角度投射到另一侧轮隙线路面，形成两纵向 中心距离大于路面弯沉半径的两段线结构光图形，第一高分辨率CCD摄像机设置在第一结 构光图形的正上方，第二高分辨率CXD摄像机设置在第二结构光图形的正上方；上述摄像 机分别与里程控制器相连接，里程控制器的两列控制信号空间周期相同但相对空间延迟间 隔恰等于两个线结构激光图形的纵向中心距离。上述载体车的后轮与前轮的轴距达路面弯沉半径的3倍，后轮轴上置加载重物箱 对后轮的总载荷达国家规程要求。本发明与现有技术相比，其显著优点1)原理方法明确，它用滚轮在行进中加载， 直接测量路面满加载状态和在无载状态前后的变形差，直观显示与严格定量测量路面弯沉 曲线，克服了国外正研制的多普勒速度传感器是间接测量滚轮行进中路面弯沉变化速度， 反算最大形变，存在需对不同路面进行严格标定的困难；2)结构简单，采用成熟的结构光 传感器与高分辨C⑶探测技术组合，易于实现，价格低，便于推广；3)不受车体运动影响也 不需对测量条件进行限定和复杂的标定；4)能直接测量和显示路面在滚轮加载下的总弯 沉和沉盆曲线，能在不影响公路正常交通的情况下，对各种公路路面弯沉进行高速高效的 检测。
图1为本发明的路面弯沉激光高速检测系统单探测光系统主视图。图2为本发明的路面弯沉激光高速检测系统单探测光系统俯视图。图3为本发明的路面弯沉激光高速检测系统双探测光系统主视图。图4为本发明的路面弯沉激光高速检测系统双探测光系统俯视图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述。本发明的一种路面弯沉激光高速检测系统，包括载体车1，扇形激光光源，高分辨 率C⑶摄像机，里程控制器11，计算机图像探测与信息处理系统12，它还包括标准载荷箱4， 标准载荷箱4设置在后轮轴上方，扇形激光光源设置在车体底部的一侧，该光源发射的激 光束投射到车体另一侧轮隙上，高分辨率CCD摄像机设置在该轮隙线上方，高分辨率CCD摄 像机与扇形激光光源固连于同一梁上，高分辨率CCD摄像机分别连接计算机图像探测与信 息处理系统12和控制高分辨率CCD摄像机曝光的里程控制器11，并将采集到的数据传输给 计算机图像探测与信息处理系统12。载体车1的后轮2与前轮3的轴距达路面弯沉半径的3倍，后轮轴上置加载重物 箱4对后轮的总载荷为国家规程要求，在本发明中可以取10吨。
结合图1、图2，上述的路面弯沉激光高速检测系统可包括一个激光光源5和一个高分辨率CCD摄像机9，该激光光源对地面以小于二十度的角度投射到另一侧轮隙线路面， 从而形成长度为路面弯沉半径二倍的线结构光图形7，在该结构光图形的正上方设置高分 辨率CXD摄像机9。该CXD摄像机分别与计算机12和里程计11相连接，里程计用空间周期 为线结构光图形7长度之半的里程信号控制高分辨率CCD摄像机采集路面图形，经相邻两 线激光图形前后半分段移位相减即可得到弯沉盆曲线和总弯沉。结合图2、图3，上述的路面弯沉激光高速检测系统也可以包括两个激光光源6、13 和两个高分辨率CCD摄像机10、14，两扇形激光束对地面以小于二十度的角度投射到另一 侧轮隙线路面，形成两纵向中心距离大于路面弯沉半径的两段线结构光图形8、15，第一高 分辨率CXD摄像机10设置在第一结构光图形8的正上方，第二高分辨率CXD摄像机14设 置在第二结构光图形15的正上方；上述摄像机分别与里程控制器11相连接，里程控制器 的两列控制信号空间周期相同但相对空间延迟间隔恰等于线结构激光图形8和15的纵向 中心距离。此种方案是一种双定距匹配线结构激光路面变形差分测量技术，一维扩束的扇 形光束以小角度倾斜投射于表面形成的线激光能形象显示而且定量、精确计算路表面的形 貌，测量表面的变形，该技术已在三维形貌和车辙等测量中得到应用，本发明提出用某路段 的加载前后的结构线激光图像差分相减，可消除表面自身的不平度，得到路面在给定载荷 下的微应变和应变曲线，本发明在载体车下部一侧安置的两扇形光束光源6、13以小角度 投射到另一侧轮迹带中轮隙线上，形成纵向距离大于路面弯沉半径的两分开的线结构激光 图形8、15，第二线结构激光图形15的一端点在加载轮间隙中心，给出按标准加载后的路面 图形，而离开加载轮，在弯沉盆外的第一线结构激光图形8则显示不受轮载压力时的路面 图形，在里程控制器11的脉冲信号的严格外同步控制下，先后分别得到同一路段在无载和 滚轮标准加载下的路面图形，这两图形差分得到弯沉和弯沉曲线。对这两系列图形进行差 分和统计运算可得到正确的路面弯沉与沉盆曲线。下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述单激光探测系统方案，结合图1、图2，本发明选用长轴距载重车作载体车，后轮轴 与前轮轴距离大于6米，且保证前轮轻载，后轮上方设置加载箱4，用铁沙或铁锭配重保证 后轴压为标准弯沉测量要求轴压10吨，扇形激光光源5对地面以小于二十度的角度投射到 另一侧轮隙线路面，在轮间隙线上形成线结构光图形7，该结构光图形的长度为路面弯沉半 径的二倍，如4米；用一个高分辨CXD摄像机9连接计算机12和里程控制器11，摄像机为 20488*1536面阵高分辨摄像机，里程控制器11用空间周期为线激光7长度之半的里程信号 控制采集路面图形，将相邻两线激光结构图形前后半分段移位相减可得到弯沉盆曲线和总 弯沉。双激光探测系统方案，结合图3、图4，本发明选用长轴距载重车作载体车，要求后 轮轴与前轮轴距离大于6米，且保证前轮轻载，后轮上方置加载箱4，用铁沙或铁锭配重保 证后轴压为标准弯沉测量要求轴压10吨，在后轴前一侧设置第二激光光源13，该激光光源 产生的扇形激光束从一侧以小于二十度的角投射于另一侧轮间隙线上，形成通过后轮隙线 的显示滚轮加载状态的第二结构激光图形15，线长取1. 5米，与第二激光光源13同侧设置 第一激光光源6，该光源在另一侧的轮间隙线上产生与第二线结构激光图形15共线且长度 相同并与其距离为3米处形成显示无载状态下的路面第一线结构激光图形8，扇激光光源采用功率大于一瓦的532nm的连续激光。在第一结构光图形8的正上方设置第一高分辨率CXD摄像机10，在第二结构光图形15的正上方设置第二高分辨率CXD摄像机14，摄像机为 20488*1536面阵高分辨摄像机，上述摄像机分别记录路面在加载和无载状态下的路面结构 光图形。设置在后轮轴的码盘与里程信号系统11，给出两列空间周期相同但空间延迟恰为 结构光图形14和8中心空间距离的外同步信号，保证第一高分辨率CXD摄像机10和第二 高分辨率CCD摄像机14能分别记录同一路面在变形前和滚轮满加载下的路面变形结构光 图形。摄像机记录的图像信号输入计算机信息存储与处理系统12。经图像信息处理和消除 系统误差可计算得到弯沉盆曲线和总弯沉。
权利要求
一种路面弯沉激光高速检测系统，包括载体车[1]，扇形激光光源，高分辨率CCD摄像机，里程控制器[11]，计算机图像探测与信息处理系统[12]，其特征在于它还包括标准载荷箱[4]，标准载荷箱[4]设置在后轮轴上方，扇形激光光源设置在车体底部的一侧，该光源发射的激光束投射到车体另一侧轮隙上，高分辨率CCD摄像机设置在该轮隙线上方，该摄像机与激光光源固连于同一梁上，高分辨率CCD摄像机分别连接计算机图像探测与信息处理系统[12]和控制CCD摄像机曝光的里程控制器[11]，并将采集到的数据传输给计算机图像探测与信息处理系统[12]。
2.根据权利要求1所述的路面弯沉激光高速检测系统，其特征在于包括一个扇形激 光光源[5]和一个高分辨率CCD摄像机[9]，该扇形激光光源对地面以小于二十度的角度 投射到另一侧轮隙线路面，从而形成长度为路面弯沉半径二倍的线结构光图形[7]，在该结 构光图形的正上方设置高分辨率(XD摄像机[9]，与上述(XD摄像机相连接的里程控制器 [11]用空间周期为线结构光图形[7]长度之半的里程信号控制高分辨率CCD摄像机采集路 面图形。
3.根据权利要求1所述的路面弯沉激光高速检测系统，其特征在于，包括两个扇形激 光光源[6、13]和两个高分辨率CCD摄像机[10、14]，两扇形激光束对地面以小于二十度的 角度投射到另一侧轮隙线路面，形成两纵向中心距离大于路面弯沉半径的两段线结构激光 图形[8、15]，第一高分辨率(XD摄像机[10]设置在第一结构光图形[8]的正上方，第二高 分辨率(XD摄像机[14]设置在第二结构光图形[15]的正上方；上述摄像机分别与里程控 制器[11]相连接，里程控制器的两列控制信号空间周期相同但相对空间延迟间隔恰等于 两段线结构激光图形[8、15]的纵向中心距离。
4.根据权利要求1、2或3所述的路面弯沉激光高速检测系统，其特征在于，载体车[1] 的后轮[2]与前轮[3]的轴距达路面弯沉半径的3倍，后轮轴上置加载重物箱[4]对后轮 的总载荷达国家规程要求。
全文摘要
本发明公开了一种路面弯沉激光高速检测系统，包括载体车，激光光源，高分辨率CCD摄像机，里程控制器，计算机图像探测与信息处理系统，它还包括标准载荷箱，标准载荷箱设置在后轮轴上方，激光光源设置在车体底部的一侧，高分辨率CCD摄像机设置在车体另一侧轮隙线上方，高分辨率CCD摄像机与激光光源固连于同一梁上，该摄像机分别连接计算机图像探测与信息处理系统和控制CCD摄像机曝光的里程控制器，并将采集到的数据传输给计算机图像探测与信息处理系统。本发明原理方法明确，结构简单，便于推广，能直接测量和显示路面在滚轮加载下的总弯沉和沉盆曲线，能在不影响公路正常交通的情况下，对各种公路路面弯沉进行高速高效的检测。
文档编号E01C23/01GK101831862SQ200910025850
公开日2010年9月15日 申请日期2009年3月11日 优先权日2009年3月11日
发明者贺宁, 贺安之, 贺斌 申请人:南京理工大学