一种全自动马路寻迹划线机的制作方法

本实用新型涉及马路交通标志线施工设备领域，具体地说是一种全自动马路寻迹划线机。

背景技术：

未来我国公路网规模约58万公里，公路建设在加快中西部地区开发，促进贫困地区脱贫致富等方面具有十分重要的意义。交通标志线作为交通的重要安全保障，在交通安全运营中的地位凸显出来。当前的标线施工分为两大类，及新线喷涂和旧线复喷。传统的施工方式在进行新线喷涂时，需要施工人员首先根据施工要求画出待喷涂标线的中间线，然后施工人员操作现有的马路划线机进行新线喷涂，喷涂操作比较繁琐麻烦，费时费力。在复喷旧线时，需要人眼观察标新位置并确定标线开始结束的位置。这样的旧线复喷方式，经常造成新线与旧线不能完全重合，进而造成交通标志线的混乱。目前市场上销售的划线机均不能很好地解决上述任一问题。

技术实现要素：

本实用新型旨在克服现有划线机的至少一个缺陷，提供一种全自动马路寻迹划线机，操作方便、省时省力，划线成本低，划线质量高，且具有很高的划线效率。也就是说，本实用新型提供的全自动马路寻迹划线机可保证喷涂的交通标志线整齐、规范，提高了喷涂效率和质量。

本实用新型的一个进一步的目的是要能够对新旧交通标志线喷涂的质量和旧交通标志线喷涂是否重合进行检测，并进行相应的反应，例如提示工作人员、自动矫正等。

本实用新型的另一个进一步的目的是要可靠地保证在弯路划线时的交通标志线的质量，且使车体在过弯时车体更加稳定，防止倾倒事故的发生。

本实用新型的又一个进一步的目的是要保证安全作业，有效的避免一些事故的发生。

具体地，本实用新型提供了一种全自动马路寻迹划线机，其包括:

车体；

控制装置，安装于所述车体；

喷涂划线装置，安装于所述车体；

定位装置，所述定位装置包括测距装置和第一摄像头；所述测距装置安装于所述车体，以检测所述车体与路边参照物之间的距离，和/或所述车体与路中参照物之间的距离，从而使所述控制装置确定所述车体的移动路径，进而使得所述控制装置控制所述喷涂划线装置对地面进行画出交通标志线的喷涂；所述第一摄像头安装于所述车体前部，以拍摄路面上的旧交通标志线，从而使所述控制装置确定所述车体的移动路径，进而使得所述控制装置控制所述喷涂划线装置对地面进行覆盖所述旧交通标志线的喷涂。

进一步地，所述定位装置还包括第二摄像头，安装于所述车体底部，且处于所述第一摄像头后侧，配置成检测所述旧交通标志线的起始位置和停止位置，以使所述控制控制所述喷涂划线装置的启动喷涂与停止喷涂。

进一步地，还包括喷涂质量检测装置，所述喷涂质量检测装置为第三摄像头，安装于所述车体，以拍摄路面以及所述路面上的所述喷涂划线装置画出的所述交通标志线的部分区段，进而使所述控制装置根据所述路面以及所述部分区段判断所述喷涂划线装置画出的所述交通标志线的质量。

进一步地，所述第一摄像头的高度为38至42cm，俯角为28至32度，摄像头视角为80至100度，以使所述第一摄像头的纵向前试距离为60至80cm，横向观测长度为150至170cm。

进一步地，所述车体包括分段差速转弯系统。

进一步地，所述喷涂划线装置包括升降装置和喷头，所述喷头安装于所述升降装置，以随所述升降装置升降进而调整将要画出的所述交通标志线的宽度。

进一步地，还包括多个超声波测距传感器，设置于所述车体，且沿所述车体的周向方向分布；多个所述超声波测距传感器与所述控制装置相连，以检测是否有物体进入所述车体的安全距离范围内，从而使得在有物体进入所述车体的安全距离范围内时，使所述控制装置控制所述车体停止移动。

进一步地，还包括速度检测装置，配置成检测所述车体的行驶速度，以使所述控制装置根据检测到的所述行驶速度采用增量式PID控制算法控制所述车体的行驶速度。

进一步地，还包括线型选择装置，所述线型选择装置为拨码器，以使所述控制装置根据所述拨码器输入的信息确定将要画出的所述交通标志线的类型。

进一步地，所述测距装置包括多个激光测距传感器；所述第一摄像头为ov7620面阵ccd摄像头；所述路边参照物为路边石或具有滚轮的备用板；所述路中参照物为中央隔离带；所述第三摄像头为TSL1401线阵CCD摄像头。

本实用新型的全自动马路寻迹划线机，因为具有测距装置和第一摄像头，能够使控制装置根据测距装置检测的距离确定将要画出的新线的位置并进行划线，也能够根据第一摄像头拍摄的旧线位置对旧线覆盖进行旧线复喷。本实用新型的全自动马路寻迹划线机进行新线喷涂的过程中，减少了施工者的参与，大大节省了人工，并且与传统的标新施工方式完全不同，施工效率大大增加。进行科学合理的旧线复喷时，相较于传统的旧线复喷的施工方式，本实用新型的全自动马路寻迹划线机施工效率更高，喷涂的新线与旧线的重合度更高，施工质量大幅提升。本实用新型提供的全自动马路寻迹划线机可保证喷涂的交通标志线整齐、规范，提高了喷涂效率和质量。

进一步地，本实用新型的全自动马路寻迹划线机可利用第二摄像头拍摄旧交通标志线的起始位置和停止位置，代替施工人员的眼镜来判断什么时候应该开始划线，什么时候应该停止划线，保证新线和旧线有较高的重合度。

进一步地，本实用新型的全自动马路寻迹划线机可利用第三摄像头拍摄路面以及画出的标志线，介于喷涂的标线和路面颜色对比明显，可以检测判断喷涂效果；当发现喷涂的标线出现残缺间断等问题时，可立刻紧急制动，控制板上黄灯点亮，并发出警报。相较于现在的人工判断，本实用新型判断更加准确，无间断，效率高。克服了现有的马路划线机在进行施工时，需要施工人员通过肉眼进行观察，辨识度低，主观性强，且无法对标线的质量进行参量化检测。

进一步地，本实用新型的全自动马路寻迹划线机由于具有分段差速转弯系统，工作时，可以自动根据前轮转弯的角度来对后轮进行差速驱动，使喷涂划线装置在弯路划线时的标线的质量更高，并且使车体在过弯时车体更加稳定，防止倾倒事故的发生。克服了现有市面上的划线机要么不具有自动前进的能力，即需要施工人员推着前进，要么只是简单地驱动着喷涂划线装置前进。

进一步地，本实用新型的全自动马路寻迹划线机可进行安全故障实时监测。在进行标线施工时，虽然会进行道路封闭，但也难免有行人贪图一时的方便横穿施工区域；在本实用新型喷划标线时，可能会出现喷头或漆路堵塞、漆箱内漆被用完的情况。针对以上可能出现的情况，进行了针对性的解决。在车体的四面各安装有超声波测距传感器，当检测到有物体靠近或者在安全距离内出现了物体时，可紧急制动，发出警报，并启动红色警报灯，来提醒施工人员。相较于传统的划线机，本实用新型的全自动马路寻迹划线机施工更加安全高效，有效的避免了一些事故的发生。

进一步地，本实用新型的全自动马路寻迹划线机，实现不同类型、不同宽度的交通标志线进行喷涂，使用方便且能够满足大多数马路交通标志线的喷涂工作。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本实用新型一个实施例的全自动马路寻迹划线机的结构图；

图2是图1所示全自动马路寻迹划线机另一视角的示意性结构图。

具体实施方式

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

图1是根据本实用新型一个实施例的全自动马路寻迹划线机的结构图。如图1所示并参考图2，本实用新型实施例提供了一种全自动马路寻迹划线机。该全自动马路寻迹划线机可包括车体20、喷涂划线装置40、线型选择装置、定位装置和控制装置30。控制装置30和喷涂划线装置40均安装于车体20。喷涂划线装置40可包括喷头、阀门、泵、喷料箱等，可在控制装置30的控制下进行交通标志线的喷涂。进一步地，喷涂划线装置40包括升降装置和喷头，喷头安装于升降装置，以随升降装置升降进而调整将要画出的交通标志线的宽度。线型选择装置为拨码器，以使控制装置30根据拨码器输入的信息确定将要画出的交通标志线的类型。在马路新线喷涂的过程中，会有多种喷涂情况。比如，喷虚线，喷实线，喷实线和虚线的长度也会有所不同，有的喷5米，有的喷3米等等。为了解决喷涂种类繁多的情况，本方案采用一个拨码器结构，预先设定各种喷涂方式，提前在程序中设定好，实际运用时只需要只需要拨动拨码器到相应模式的位置上，程序就会按照既定模式进行。也就是说，全自动马路寻迹划线机安装有选择开关，施工人员可以选择喷涂的交通标志线是连续的还是间断的，每隔多少米喷涂多少米等。

定位装置可用于确定将要画出的交通标志线的位置，以使车体20移动带动喷涂划线装置40进行喷涂。具体地，定位装置可包括测距装置50和第一摄像头60。测距装置50安装于车体20，以检测车体20与路边参照物之间的距离，和/或车体20与路中参照物之间的距离，从而使控制装置30确定车体20的移动路径，进而使得控制装置30控制喷涂划线装置40对地面进行画出交通标志线的喷涂。第一摄像头60安装于车体20前部，可处于喷头的前侧，以拍摄路面上的旧交通标志线，从而使控制装置30确定车体20的移动路径，进而使得控制装置30控制喷涂划线装置40对地面进行覆盖旧交通标志线的喷涂。

进一步地，测距装置50优选包括多个激光测距传感器，例如激光测距传感器为两个，一个设置于车体20前端下侧，另一个设置于车体20中部下侧，可根据多个激光测距传感器检测的距离进行综合计算确定车体20与路边参照物之间的距离，和/或所述车体20与路中参照物之间的距离。在另一些实施例中，部分激光测距传感器用于确定车体20与路边参照物之间的距离；部分激光测距传感器用于确定车体20与路中参照物之间的距离，例如当激光测距传感器为两个时，一个激光测距传感器用于确定车体20与路边参照物之间的距离；另一激光测距传感器用于确定车体20与路中参照物之间的距离。第一摄像头60优选为ov7620面阵ccd摄像头。路边参照物优选为路边石或具有滚轮的备用板。路中参照物优选为中央隔离带。

全自动马路寻迹划线机主要功能之一就是新线喷涂。需要进行新线喷涂的道路指刚修建完成的或重新进行沥青铺设的道路。在保证马路施工质量的前提下，本实用新型的全自动马路寻迹划线机是首款可以较好地实现独立寻迹划线的划线机。在进行新线喷涂时，此时道路状况良好，路边石完整度高，不存在路面塌陷路基沉降等问题。控制装置30可包括位置信息采集模块，以激光测距传感器进行位置信息采集。激光测距传感器可以在路面即使不平整的情况下依然保持激光水平，保证测量质量。根据施工人员设定的待喷涂的交通标志线距路边石的距离为标准，用激光测距传感器来测量车体20到路边石的距离，来确定全自动马路寻迹划线机的行进路线。在没有路边石的道路上施工时，测距装置50可以调节，转而去测量待喷涂交通标志线距离道路中央隔离带的距离。在既没有路边石也没有中央隔离带的路段，可备用一个装有滚轮的备用板，模拟路边石，只需要施工人员沿着路边推动备用板前进给本实用新型一个参照即可。全自动马路寻迹划线机的上方装有调距旋钮，可以手动设定待喷涂的马路交通标志线距离路边石的距离。

进一步地，激光测距传感器在进行距离测量时，可同时检测多组数据，根据多组数据的平均值或加权平均值进行控制。且数据计算时可去掉最大值和最小值进行计算。进一步地，在车体移动的过程中，遇到突变的测量值或平均值时，车体不做变向处理，以克服因路边石破损等引起的误差。而且，本实用新型实施例中的车体可自动前进，自动变向。例如，在采集的四十组数据中，标线距离路边石的距离误差为0.911％---0.966％，而激光测距的误差为1mm/10m，即误差为0.01％，远远小于人工测量施工误差。激光测距在一次工作中采集多组数据，并对数据进行处理，使数据更准确。当一组数据发生突变时，车体并不会进行急转弯，使标线曲折，而是一个修正过程，使标线喷绘尽可能的理想。

全自动马路寻迹划线机主要功能之一就是科学合理的旧线复喷。交通标志线经过风吹日晒、日常磨损等情况会出现模糊不清的问题，此时需要进行旧线复喷。需要进行旧线喷涂的路段，有的会出现路面部分凹陷，路基沉降，路边石破损等问题。此时本实用新型走直的方式以第一摄像头60观测为主。为了更加准确地控制喷涂划线装置的启动喷涂与停止喷涂，定位装置还包括第二摄像头70，安装于车体20底部，且处于第一摄像头60后侧，配置成检测旧交通标志线的起始位置和停止位置，以使控制控制喷涂划线装置的启动喷涂与停止喷涂。第二摄像头70优选为TSL1401线阵CCD摄像头、OV7620数字摄像头等。在车底部的前方安装TSL1401摄像头，对旧线开始的位置和结束位置进行实时的检测，以及在车体前部安装的第一摄像头60确定的走直方式，相较于传统的旧线复喷的施工方式，本实用新型施工效率更高，喷涂的新线与旧线的重合度更高，施工质量大幅提升。

本实用新型具有独立寻迹、进行交通标志线喷划的能力，最大程度的减少了施工者的劳动量，减轻了施工人员日常的工作压力，提高了施工效率；采用激光测距的走直方式，避免了繁杂的传统人工施工方式(先进行交通标志线距离测量，再画定交通标志线，最后推动划线机进行喷划交通标志线)，尽可能的提高了施工精度，化简了施工过程，提高了施工效率，降低了劳动量的使用。旧线复喷保证了新线与旧线的重合度。也就是说，本实用新型的全自动马路寻迹划线机具有更高的施工精度，更快的施工速度，更低的劳动强度。

在本实用新型的一些实施例中，所述第一摄像头60的高度为38至42cm，优选为40cm；俯角为28至32度，优选为30度；摄像头视角为80至100度，优选为90°；以使所述第一摄像头的纵向前试距离为60至80cm，横向观测长度为150至170cm，纵向前试距离优选为70cm，横向观测长度优选为160cm。第一摄像头60的横向分辨率可为320，计算可得每个像素点的误差精度为0.5cm，因此车体相对于旧有标志线会有0.5cm左右的重合误差，施工要求不超过1cm误差，因此本方案符合施工要求。

在本实用新型的一些实施例中，本实用新型通过第二摄像头70检测标线始停，程序控制使该第二摄像头每20ms采集一次图像并图像处理，然后控制装置根据图像数据的处理结果来控制喷涂划线装置的启停，例如，当检测到原有白线的时候，喷涂划线装置就进行喷绘作业，当检测不到原有白线的时候，喷涂划线装置就停止工作。因为喷涂划线装置的开通、关闭延时约为0.5s，也就是说从模块检测到原有白线到喷涂划线装置真正开始喷绘工作的时候，这期间会有0.5s+20ms＝520ms左右的时间延迟，按车速5.04km/h计算，这段喷绘延迟时间内错过的喷绘长度误差为5.04km/h*520ms＝0.7cm左右，而施工要求不超过1cm误差，因此本方案符合施工要求。

在本实用新型的一些优选的实施例中，全自动马路寻迹划线机还包括喷涂质量检测装置和报警装置。喷涂质量检测装置为第三摄像头80，安装于车体20，以拍摄路面以及路面上的喷涂划线装置40画出的交通标志线的部分区段，进而使控制装置30根据路面以及部分区段判断喷涂划线装置40画出的交通标志线的质量。报警装置可包括黄灯和报警声。进一步地，第三摄像头80可为TSL1401线阵CCD摄像头，即OV7620数字摄像头。

在本实用新型的一些实施例中，全自动马路寻迹划线机还包括多个超声波测距传感器，设置于车体20，且沿车体20的周向方向分布；多个超声波测距传感器与控制装置30相连，以检测是否有物体进入车体20的安全距离范围内，从而使得在有物体进入车体20的安全距离范围内时，使控制装置30控制车体20停止移动。

在传统的马路交通标志线施工方式中，需要人工操作划线机进行施工。然而传统的马路划线机不具有交通标志线质量(是否出现间断、宽度变化等)检测功能，需要人眼进行观察，辨识度低，主观性强，且无法对交通标志线的质量进行参量化检测。施工人员在进行施工时，需要时时留心周围的环境。当出现紧急情况或施工者因过度劳累而走神时，极易发生危险。本实用新型中喷头后方可安装有TSL1401摄像头，可以对交通标志线是否出现交通标志线间断、宽度变化等问题进行实时检测。介于喷涂的交通标志线和路面颜色对比明显，可以用第三摄像头80检测喷涂效果。当发现喷涂的交通标志线出现残缺间断等问题时，本实用新型立刻紧急制动，控制板上黄灯点亮，并发出警报。同时本实用新型在车身的周围安装有超声波测距模块，可以对周围环境进行实时监测。在施工时，如果有行人误入施工范围或本实用新型前方有障碍物时，本实用新型可以进行紧急制动发出警报，提醒工作人员前来处理，以此提醒施工人员发生紧急情况。在本实用新型喷划交通标志线时，可能会出现喷头或漆路堵塞、漆箱内漆被用完的情况，若出现上述情况，本实用新型也可发出警报。因此全新的马路走直喷涂划线装置40更加智能化，施工更加安全。相较于现在的人工判断，本实用新型判断更加准确，无间断，效率高。在施工的过程中，减少了施工者的参与，大大节省了人工，并且与传统的标新施工方式完全不同，施工效率大大增加。

为了使车体20行驶平稳，尤其在拐弯路段的平稳行驶，全自动马路寻迹划线机，其特征在于，车体20包括速度检测装置和分段差速转弯系统。速度检测装置配置成检测车体20的行驶速度，以使控制装置30根据检测到的行驶速度采用增量式PID控制算法控制车体20的行驶速度。

现在市面上的划线机要么不具有自动前进的能力，即需要施工人员推着前进，要么只是简单地驱动着喷涂划线装置40前进。本实用新型在工作时，可以自动根据前轮转弯的角度来对后轮进行差速驱动，使喷涂划线装置40在弯路划线时的交通标志线的质量更高，并且使车体20在过弯时车体20更加稳定，防止倾倒事故的发生。

在本实用新型的一些实施例中，在对第一摄像头60进行使用时，通过第一摄像头60的时序图可知，通过对高低电平的触发中断处理就可以实现的数据的实时采集，实现公路上已有交通标志线位置的确定。程序控制中，通过对GPIOA的16、19引脚进行图像的行中断信号HERF、场中断信号VSYN采集，通过GPIOD的8引脚进行图像的像素中断信号PLCK采集。每触发一次行采集信号，DMA的通道使能一次，第一摄像头60读取一行图像数据，行采集计数标志ROW_Count自加一次，当ROW_Count＝240时，说明一幅图像采集完毕，行采集标志位Is_SendPhoto关闭DMA的通道使能关闭，保证图像的完整传输。当场中断信号触发时，行采集标志位打开、行计数清零，开始重新采集下一幅图像，如此循环采集。对于第一摄像头60采集的图像信息，我们并不能直接使用，还需要通过软件的方法对其进行二值化处理，以方便后续的控制计算。一个像素信息为8位的二进制数，所以根据该像素点的光强，第一摄像头60会将其转化为0-255的数字量，光强越大，该数值越高，因为马路中的白线与其背景的黑色沥青对比度比较明显，所以采用合适的阈值，可以把二者区别开来。通过对装有数据信息的二维数组进行处理，我们可以计算出白线的左右边界，进而求出所采集白线的位置center，然后与车身的理论中值MIDDLE做差，求出图像中各行数据的偏差centerERR。按照不同的权重对偏差进行累加求和并处理得到sum，sum的大小说明了车体20偏离白线的角度，然后通过合适的差速、转向控制，可以实现车身与旧线的重合并进行旧线复喷工作。在旧线复喷的过程中，计数难点之一就是确定喷涂的始停位置。在一些可选实施例中，采用颜色传感器来识别交通标志线启停，但因为其使用复杂且检测不全面，所以放弃了该种方案，转而采用第二摄像头70，即tsl1401线阵ccd进行白线的识别，以控制喷头的开关，效果良好。线阵ccd能够扫描一行的图像数据，根据光线反射强度，结合程序控制，生成最终图像。白线检测中采用两个线阵ccd，即第二摄像头70和第三摄像头80。喷头前的ccd进行交通标志线检查工作，由它控制喷头的开关；喷头后方的ccd进行喷涂质量检测工作，当该喷头检测到白线的喷涂质量有问题时，会立马停止喷涂、停车并报警，提醒施工人员检查原因。

为了使车体20能够平稳的沿着公路行驶，需要实时测取车体20的速度，因此，本方案通过测速模块(即速度检测装置)得到车体20的行进速度，将其与给定速度进行比较，构成闭环反馈系统，实现对车体20速度的控制。通过控制电机驱动中PWM信号的占空比来控制直流电机两端的平均电压，进而控制车速。如果没有测速模块，开环控制状态下，电机转速会受到很多因素影响，如电机传动的摩擦力、道路摩擦力、电池电压、前轮转向角等。这些因素都会造成车体20运行不稳定。使用测速模块后，可以实现对速度的闭环反馈控制，就可以消除上述因素对智能车运行所带来的不利影响，使车体20运行时更加稳定。数字PID控制算法包括位置式和增量式PID，为了避免历史数据中误差的累加，本设计采用增量式PID。增量型算法具有很多优点：增量型算法每次计算的是输出控制量的增量，而控制量是需要加上上次的输出量，这样产生误动作的几率大大降低；增量型算法不需要做累加，增量的确定仅与最近几次偏差采样值有关，计算精度对控制量的计算影响较小，而位置型算法要用到过去偏差的累加值，容易产生大的累加误差；采用增量型算法，易于实现手动到自动的无冲击切换。控制编程依据(以左轮为例)：

speedL＝(s16)(last_moto_speedL+sp*(speedE1L-speedE2L)+si*speedE1L)

其中：speedL为第n次输出控制量；last_moto_speedL为第n-1次输出控制量；speedE1L为第n次偏差；speedE2L为第n-1次偏差；sp为比例增益系数；si为积分增益系数。

进一步地，测速的方法有很多种，即速度检测装置可有多种，例如用测速发动机、反射式光电检测、透射式光电检测等。本次采用的是透射式光电编码器，其内部是光电对管加光栅码盘构成，结构简单，稳定性高。将编码器内部的旋转轴与电机的转动轴相连，由旋转轴带动旋转盘进行旋转，光源发出的光透过旋转盘上的长方形孔被受光元件接收，从而输出脉冲号。通过计算每秒光电编码器输出的脉冲个数就可以计算出电机的转速。

本实用新型的全自动马路寻迹划线机的功能实现方法，彻底推翻了以往喷线机的结构样式。各个部分协调统一，有机结合，最大限度的实现本实用新型功能。各部分相互独立，在发生损坏时可以准确地找到问题所在并及时进行修理。并且在设计制作时采用的均是国标件，当本实用新型发生损坏时，可以方便的购买用于更换维修，避免了定做的麻烦。对比于传统划线机的施工方式，本实用新型在以下几个方面具有较大的优势。全自动马路寻迹划线机具有安全监测系统，施工安全程度高；传统划线机没有，施工安全程度差。每台全自动马路寻迹划线机仅需要1至2人操作即可；每台传统划线机需要3至5人。全自动马路寻迹划线机施工质量高，传统划线机施工质量低。全自动马路寻迹划线机施工速度(每车)约5.04Km/h，传统划线机施工速度(每车)约3.6Km/h。全自动马路寻迹划线机施工效率(每人)约5Km/h，传统划线机施工效率(每人)约0.8至1.2Km/h。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。