一种铺面结构表面平整性智能检测与分析装置的制作方法

本发明涉及道路与桥梁工程技术领域，尤其涉及一种铺面结构表面平整性智能检测与分析装置。

背景技术：

铺面结构表层作为功能层位，其表面平整性对使用性能会产生显著影响。以路面为例，路面平整度及构造深度的检测是公路检测中的重要指标，平整度检测占评估总分的20％左右。路面平整度不仅会对行车舒适性产生显著影响，甚至还会对行车安全构成威胁；行车过程中路面不平导致胎噪增大，会严重影响人们的生活及乘车质量，为满足铺面结构表面平整性快速检测的需求，研究一种快捷准确的检测设备意义重大。

目前路面平整度的检测手段主要有：激光路面平整度仪、车载式颠簸累积仪、光学智能检测等。这些方法虽然测量精度高，但难以实现自动测量和远程数据传输控制的问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明公开了一种铺面结构表面平整性智能检测与分析装置。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种铺面结构表面平整性智能检测与分析装置，包括车架、供电储电系统和行驶驱动系统，所述供电储电系统和行驶驱动系统安装于车架的后方，所述车架的上方安装有检测部件、单片机控制系统和无线通信模块，所述单片机控制系统通过无线通信模块与供电储电系统、行驶驱动系统、检测部件均实现无线通信，所述车架上还设置预留智能运算设备搭载区。

进一步地，检测部件包括双目摄像头、三轴加速度传感器、反射式増量编码器、激光测距传感器和rtk后差分定位传感器，所述双目摄像头安装于车架的前方，所述三轴加速度传感器、激光测距传感器和rtk后差分定位传感器均通过传感器安装基座与车架相连接。

进一步地，所述激光测距传感器安装于车架的侧边上，其测量量程不低于±100mm，重复性测量精度不低于300微米。

进一步地，所述行驶驱动系统包括电机、l293d驱动模块和驱动轮，l293d驱动模块安装于车架后方，驱动轮安装于车架的两侧。

进一步地，所述反射式増量编码器固定安装于驱动轮或驱动轮轮轴上，用于获得移动距离和速度。

进一步地，所述驱动轮的行驶速度不超过0.5m/s。

进一步地，所述车架的前端面上还安装有防撞光电接近开关。

进一步地，所述供电储电系统采用大容量锂电池制成。

进一步地，单片机控制系统以stc89c52rc51单片机作为核心，接口不低于32个。

本发明的有益效果是，不仅适用于道路与桥梁结构铺层表面平整性的快速评定，还适用于其他各类型结构物铺层表面平整性的智能检测与评定；具有构造简单实用，易于拆卸组装，用法操作简便，处理效率高，定位精准的特点，可以快速完成表面平整性的检测与评定；基于图像分析及激光测距等多传感器融合的智能平整性检测，能够实现检测数据的无线传输及智能判别，显著提升铺面结构检测的自动化、智能化水平，避免了大量的人为重复劳动；另外，本装置亦可满足各种检测机构、科研院所、高等学校的研究与检测工作需要。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

其中，1-车架；2-传感器安装基座；3-防撞光电接近开关；4-无线通信模块；5-单片机控制系统；6-行驶驱动系统；7-供电储电系统；8-双目摄像头；9-三轴加速度传感器；10-激光测距传感器；11-rtk后差分定位传感器；12-反射式増量编码器；13-预留智能运算设备搭载区。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图所示，一种铺面结构表面平整性智能检测与分析装置，包括车架1、供电储电系统7和行驶驱动系统6，上述供电储电系统7和行驶驱动系统6安装于车架1的后方，上述车架1的上方安装有检测部件、单片机控制系统5和无线通信模块4，上述单片机控制系统5通过无线通信模块4与供电储电系统7、行驶驱动系统6、检测部件均实现无线通信，上述车架1上还设置预留智能运算设备搭载区13；该装置以小车作为行进和智能搭载工具。

特别的，检测部件包括双目摄像头8、三轴加速度传感器9、反射式増量编码器12、激光测距传感器10和rtk后差分定位传感器11，上述双目摄像头8安装于车架1的前方，作为行进的远程控制传感器；上述三轴加速度传感器9、激光测距传感器10和rtk后差分定位传感器11均通过传感器安装基座2与车架1相连接。

特别的，上述激光测距传感器10安装于车架1的侧边上，其测量量程不低于±100mm，重复性测量精度不低于300微米。

特别的，上述行驶驱动系统6包括电机、l293d驱动模块和驱动轮，l293d驱动模块安装于车架1后方，对车架1上的电机进行驱动，通过调节输出信号的占空比，控制电机的转速和小车运行速度，单片机控制系统5完成该操作任务；驱动轮安装于车架1的两侧，采用轮式行驶机构，根据测得的行驶距离和速度以及rtk后差分传感器的测量数据来估计自己的位置和姿态,并将其作为导航和其他行为的基础。l293d驱动模块可实现对小车四个马达的独立控制，并完成对小车pwm调速。

特别的，上述反射式増量编码器12固定安装于驱动轮或驱动轮轮轴上，用于获得车架1的移动距离和速度，采用反射式增量编码器实现对行进距离与速度的精确计算，借助rtk测试数据对小车行进距离及位置进行精确修正，获得不低于厘米级精度的小车实时位置。

特别的，上述驱动轮的行驶速度不超过0.5m/s，控制小车缓慢行进，便于完成检测和分析。

特别的，上述车架1的前端面上还安装有防撞光电接近开关3，作为防撞限位传感器。

特别的，上述供电储电系统7采用大容量锂电池制成，使其满足车架1搭载载荷不低于5kg，单次行走距离不低于500m的能源消耗要求，采用24v锂电池，额定容量不低于60ah，充放电方式采用大电流线接安德森插头，电池循环寿命不低于500次，并搭配不锈钢外壳。

本发明工作过程中：

利用三轴加速度传感器9对小车振动加速度进行实时测定，测量x轴、y轴和z轴3个方向上的加速度，通过单片机控制系统5运算可得到智能小车当前坡度值。与激光测试平整性数据进行整合计算，得到所测部位的倾斜及构造变化数据。

无线通信模块4用于在计算机和小车之间进行数据的传送，实现了小车运动的远程控制以及检测数据的实时传送，主要任务为：信息采集，将平整度数据测试数据实时传回计算机控制终端或云平台；小车控制，通过计算机发送指令控制小车前进、后退和停止。

采用双目视觉摄像技术，实现对智能小车行进过程的实时监控，同时亦可搭载视觉导航控制程序实现惯性自主智能判别导航，另外，基于双目视觉图像对铺面结构表面层图像进行智能分析，利用异常事件图像算法，定性判定铺面表面修建质量及清洁程度，由图像运算结果自主判别表面质量，若表面质量不合格，由蜂鸣报警器自动报警，将位置数据、双目摄像头8采集的实时照片通过无线数据传输模块传回计算机控制终端或云平台；双目视觉摄像观测时，可利用摄影补光模块自动补光，该模块利用光照传感器感知外部环境光照条件，并利用自控装置控制补光灯的开启及关闭。

智能运算可搭载智能手机app或单片机进行，接口为通用无线数据接口。

当铺面结构平整性检测完成后，可利用无线数据传输模块将数据及时回传至室内数据服务器，室内操作员即可调用服务器数据；若无线传输受限，亦可在小车搭载存储模块存储位置信息、图像及平整性数据，存储模块容量应不小于1tb。

车架1上还安装有自主报警蜂鸣模块，蜂鸣报警器位于单片机控制系统的右上角。

单片机控制系统以stc89c52rc51单片机作为核心，接口不低于32个，接口全部采用排针引出，以方便后期扩展升级。另外，单片机核心还可采用传输速度和芯片容量更高的stc12c5a60s2-1芯片。单片机的芯片还应具备wifi数传供电接口1个，超声波模块接口1个，lcd1602液晶显示屏插座2个，usb串口通信接口2个，电池电源输入接口1个，单片机复位键1个，独立控制键4个，光电接近开关接口1个，电机信号接口4个；单片机核心板应能提供6-12v宽电压输入，并经lm2596s稳压后按指定电压5v输出。

本发明通过rtk后差分定位技术，实现检测位置的厘米级精确定位，以小车作为装载平台，通过双目摄像头8采集铺层表面图像，再利用智能分析模组，完成对铺层结构表面质量的智能分析及评定，利用激光测距传感器10实现对表面平整性的自动实时测量，结合rtk定位技术获取铺层表面的各位置构造深度的连续数据，利用智能分析模组实现对平整性指标的分析判定。智能分析模组由app软件控制单片机及无线通信模块完成数据回传及指令下传，控制方式可采用人机交互方式和程序自主控制两种，程序自主控制时由智能运算设备搭载区的后期扩展设备进行控制。最后，利用无线数据发射模组将检测数据发送至管理平台。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。