一种水泥混凝土路面板块错台高差快速检测装置的制作方法 专利技术说明

道路,铁路或桥梁建设机械的制造及建造技术1.本发明涉及道路检测领域，具体涉及一种水泥混凝土路面板块错台高差快速检测装置。背景技术：2.水泥混凝土材料由于具有刚大度、扩散荷载能力强、稳定性好等特点在20世纪90年代被广泛用于道路建设中，那一时期建设的水泥混凝土路面使用至今已接近设计使用寿命末期，路面病害频发，板块接缝的错台便是其中一项较为突出的病害。错台会引起车辆颠簸，影响行车舒适性，随着社会的发展人民对出行品质的需求逐渐提升，针对既有的水泥混凝土路面如何消除错台病害影响是道路交通管理领域的一项重要任务。3.目前错台高差检测常用的方法是在封闭交通的情况下，采用直尺人工测量，不仅效率低下，而且影响交通运行；还有一些采用车载式振动传感器测量车辆振幅来评估错台的方法，但是这种做法只能评估不同错台的严重程度，不能测量错台高差，并且不能分辨是否为错台引起的车辆异常振动。技术实现要素：4.本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种水泥混凝土路面板块错台高差快速检测装置。5.本发明提供了一种水泥混凝土路面板块错台高差快速检测装置，具有这样的特征，包括：检测车；摄像模块，用于采集路面图像数据，设置在检测车上；激光测距模块，安装在检测车的底盘，激光测距模块至少包括加速度传感器和激光测距传感器，加速度传感器用于采集车辆震动数据，激光测距传感器用于采集路面高程数据；以及定位模块，至少包括光电编码器，光电编码器固定在检测车的后轮中轴线上，用于测量检测车的行驶长度。6.在本发明提供的水泥混凝土路面板块错台高差快速检测装置中，还可以具有这样的特征：其中，摄像模块包括前景摄像部和后景摄像部，前景摄像部设置在检测车的前方，后景摄像部设置在检测车的后方。7.在本发明提供的水泥混凝土路面板块错台高差快速检测装置中，还可以具有这样的特征：其中，前景摄像部包括右方视角摄像机和正前视角摄像机。正前视角摄像机水平设置在检测车的车头上，摄像头朝向正前方。右方视角摄像机设置在检测车的车头上，并位于正前视角摄像机的上方，摄像头斜向下，与检测车前进方向呈45°夹角。后景摄像部包括后方高清摄像机、第一金属保护盒以及支架。支架呈“7”字形，设置在车尾。第一金属保护盒设置在支架的尾部，底部为可开口设计，并在底部预留一个正方形孔洞。后方高清摄像机设置在在第一金属保护盒的内部，摄像头垂直向下朝向地面。8.在本发明提供的水泥混凝土路面板块错台高差快速检测装置中，还可以具有这样的特征：其中，激光测距模块包括第一刚性横梁、第二刚性横梁、第三刚性横梁、两个第二保护金属盒、两个加速度传感器以及两个激光测距传感器。第一刚性横梁和第二刚性横梁分别设置在检测车底盘的左右轮位置，方向与检测车的前进方向在同一条直线上，第三刚性横梁设置在述检测车底盘的车头，方向与第一刚性横梁和第二刚性横梁保持垂直，且第一刚性横梁和第二刚性横梁的前端与第三刚性横梁固定连接。两个第二保护金属盒分别固定在第三刚性横梁的两端，第二保护金属盒的底部为可开口设计，并在底部预留方形孔洞。每个第二保护金属盒中放置一个加速度传感器和一个激光测距传感器。9.在本发明提供的水泥混凝土路面板块错台高差快速检测装置中，还可以具有这样的特征：其中，光电编码器通过记录检测车的车轮转动圈数，通过检测车的车轮周长计算检测车的行驶长度。10.在本发明提供的水泥混凝土路面板块错台高差快速检测装置中，还可以具有这样的特征，还包括：电源模块，用于对摄像模块、激光测距模块以及定位模块进行供电；以及数据线。其中，电源模块通过数据线分别与摄像模块、激光测距模块以及定位模块相连接。11.在本发明提供的水泥混凝土路面板块错台高差快速检测装置中，还可以具有这样的特征，还包括：中央计算机，位于检测车内部，分别与摄像模块、激光测距模块以及定位模块通过数据线通信连接，用于控制各个模块的工作并采集、处理以及分析数据。12.在本发明提供的水泥混凝土路面板块错台高差快速检测装置中，还可以具有这样的特征：中央计算机的工作过程为：步骤1，根据摄像模块产生的图像数据以及定位模块同步记录的行驶里程数据，对采集的每一幅图像的中心桩号进行标记，得到标记结果；步骤2，基于标记结果，将采集的彩色图像转换为256色的灰阶图像，同时对图像做竖直方向的投影，获得图像的灰度值；步骤3，基于灰度值，采用kirsch边缘计算方法对图像分别从8个不同方向计算差分值，计算得出的最大值作为边缘强度，最大值的方向作为边缘方向；步骤4，基于边缘强度和边缘方向，利用最大熵图像分割算法求解每一帧图片分割阈值t，完成对灰度图像二值化处理，识别出灰度图像中的线条；步骤5，采用hough变化将灰度图像中的线条连接起来，实现板块接缝在图像中的快速定位，结合图像自身坐标，进一步确定板块接缝在道路中的坐标，得到混凝土板块接缝桩号；步骤6，在混凝土板块接缝桩号前后各0.2m进行错台高度检测。13.在本发明提供的水泥混凝土路面板块错台高差快速检测装置中，还可以具有这样的特征：其中，步骤4中，阈值t的求解公式如下：[0014][0015][0016][0017][0018]式中，pi为灰色图像中灰度值为i的概率，pbi为灰度值0-t之间概率密度，pfi为灰度值t+1～255之间概率密度，pt为灰度值0-t之间的概率。[0019]在本发明提供的水泥混凝土路面板块错台高差快速检测装置中，还可以具有这样的特征：其中，步骤6中，错台高度检测的步骤如下：步骤6-1，针对混凝土板块接缝桩号前后各0.2m范围内加速度传感器测得的加速度进行滤波，将加速度数据的高频分量滤除，从而得到新的加速度信号a＝[a1,a2,a3…an-1,an]；步骤6-2，提取混凝土路面板块桩号接缝前后各0.2m激光器测得路面高程数据，激光器测得路面高程数据h＝[h1，h2，h3…hn-1，hn]；步骤6-3，基于路面高程数据计算路面相对高程数据h＝[h1，h2，h3…hn-1，hn]，设车轮与路面的接触面为高度0点，每一测点路面相对高程数据如下：[0020]h＝h-∫∫0tadt[0021]式中，t＝1/f，f为激光测距仪和加速度传感器采样频率。接缝错台高差为接缝前后各0.2m内相对高程的极差，计算公式为：[0022]δh＝max(h)-min(h)。[0023]发明的作用与效果[0024]根据本发明所涉及的水泥混凝土路面板块错台高差快速检测装置，因为包括：检测车；摄像模块，用于采集路面图像数据，设置在检测车上；激光测距模块，安装在检测车的底盘，激光测距模块至少包括加速度传感器和激光测距传感器，加速度传感器用于采集车辆震动数据，激光测距传感器用于采集路面高程数据；以及定位模块，至少包括光电编码器，光电编码器固定在检测车的后轮中轴线上，用于测量检测车的行驶长度。[0025]所以，根据本发明提供的用于水泥混凝土路面板块错台高差快速检测装置，由于将加速度传感器与激光测距传感器组合使用，因此可以在消除车辆自振影响的条件下测量路面纵断面高程变化，精准获取路面纵断面高差。[0026]此外，使用光电转换编码器能够实时定位车辆局出发点的位置，同时使用高清相机拍摄路面画面，结合智能识别算法，能够有效识别并定位水凝混凝土路面板块接缝位置坐标，由此可以剔除其他影响因素，只输出水泥板块接缝位置的高差。附图说明[0027]图1是本发明的实施例中水泥混凝土路面板块错台高差快速检测装置的整体示意图；[0028]图2是本发明的实施例中前景摄像部的示意图；以及[0029]图3是本发明的实施例中激光测距模块的俯视图。具体实施方式[0030]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明水泥混凝土路面板块错台高差快速检测装置作具体阐述。[0031]本实施例提供了一种水泥混凝土路面板块错台高差快速检测装置100。[0032]图1是本发明的实施例中水泥混凝土路面板块错台高差快速检测装置的整体示意图。[0033]如图1所示，本实施例中的水泥混凝土路面板块错台高差快速检测装置100包括检测车10、摄像模块20、激光测距模块30、定位模块40、电源模块(图中未示出)、数据线50以及中央计算机60。[0034]摄像模块20用于采集路面图像数据，设置在检测车10上。摄像模块20包括前景摄像部21和后景摄像部22，前景摄像部21设置在检测车10的前方，后景摄像部22设置在检测车10的后方。[0035]图2是本发明的实施例中前景摄像部21的示意图。[0036]如图1和图2所示，前景摄像部21包括右方视角摄像机211和正前视角摄像机212。正前视角摄像机212水平设置在检测车10的车头上，摄像头朝向正前方。右方视角摄像机211设置在检测车10的车头上，并位于正前视角摄像机212的上方，摄像头斜向下，与检测车10前进方向呈45°夹角。[0037]后景摄像部22包括后方高清摄像机221、第一金属保护盒222以及支架223。支架223呈“7”字形，设置在车尾。第一金属保护盒222设置在支架223的尾部，底部为可开口设计，并在底部预留一个正方形孔洞。后方高清摄像机221设置在在第一金属保护盒222的内部，摄像头垂直向下朝向地面。[0038]图3是本发明的实施例中激光测距模块的俯视图。[0039]如图1和图3所示，激光测距模块30安装在检测车10的底盘。激光测距模块30包括第一刚性横梁31、第二刚性横梁32、第三刚性横梁33、两个第二金属保护盒34、两个加速度传感器35以及两个激光测距传感器36。加速度传感器35用于采集车辆震动数据，激光测距传感器36用于采集路面高程数据。[0040]第一刚性横梁31和第二刚性横梁32分别设置在检测车10底盘的左右轮位置，方向与检测车10的前进方向在同一条直线上，第三刚性横梁33设置在述检测车10底盘的车头，方向与第一刚性横梁31和第二刚性横梁32保持垂直，且第一刚性横梁31和第二刚性横梁32的前端与第三刚性横梁33固定连接。[0041]两个第二金属保护盒34分别固定在第三刚性横梁33的两端，第二金属保护盒34的底部为可开口设计，并在底部预留方形孔洞。每个第二金属保护盒34中放置一个加速度传感器35和一个激光测距传感器36。[0042]定位模块40包括光电编码器41，光电编码器41固定在检测车10的后轮中轴线上，用于测量检测车10的行驶长度。光电编码器41通过记录检测车10的车轮转动圈数，通过检测车10的车轮周长计算检测车10的行驶长度。[0043]电源模块用于对摄像模块20、激光测距模块30以及定位模块40进行供电。其中，电源模块通过数据线50分别与摄像模块20、激光测距模块30以及定位模块40相连接。[0044]中央计算机60位于检测车10内部，分别与摄像模块20、激光测距模块30以及定位模块40通过数据线50通信连接，用于控制各个模块的工作并采集、处理以及分析数据。[0045]中央计算机60的工作过程为：[0046]步骤s1，根据摄像模块20产生的图像数据以及定位模块40同步记录的行驶里程数据，对采集的每一幅图像的中心桩号进行标记，得到标记结果。[0047]步骤s2，基于标记结果，将采集的彩色图像转换为256色的灰阶图像，同时对图像做竖直方向的投影，获得图像的灰度值。[0048]步骤s3，基于灰度值，采用kirsch边缘计算方法对图像分别从8个不同方向计算差分值，计算得出的最大值作为边缘强度，最大值的方向作为边缘方向。[0049]步骤s4，基于边缘强度和边缘方向，利用最大熵图像分割算法求解每一帧图片分割阈值t，完成对灰度图像二值化处理，识别出灰度图像中的线条。[0050]阈值t的求解公式如下：[0051][0052][0053][0054][0055]式中，pi为灰色图像中灰度值为i的概率，pbi为灰度值0-t之间概率密度，pfi为灰度值t+1～255之间概率密度，pt为灰度值0-t之间的概率。[0056]步骤s5，采用hough变化将灰度图像中的线条连接起来，实现板块接缝在图像中的快速定位，结合图像自身坐标，进一步确定板块接缝在道路中的坐标，得到混凝土板块接缝桩号。[0057]步骤s6，在混凝土板块接缝桩号前后各0.2m进行错台高度检测。[0058]错台高度检测的步骤如下：[0059]步骤s6-1，针对混凝土板块接缝桩号前后各0.2m范围内加速度传感器35测得的加速度进行滤波，将加速度数据的高频分量滤除，从而得到新的加速度信号a＝[a1,a2,a3…an-1,an]。[0060]步骤s6-2，提取混凝土路面板块桩号接缝前后各0.2m激光器测得路面高程数据，激光器测得路面高程数据h＝[h1，h2，h3…hn-1，hn]。[0061]步骤s6-3，基于路面高程数据计算路面相对高程数据h＝[h1，h2，h3…hn-1，hn]，设车轮与路面的接触面为高度0点，每一测点路面相对高程数据如下：[0062][0063]式中，t＝1/f，f为激光测距仪和加速度传感器35采样频率。接缝错台高差为接缝前后各0.2m内相对高程的极差，计算公式为：[0064]δh＝max(h)-min(h)。[0065]本实施例中的水泥混凝土路面板块错台高差快速检测装置100的检测步骤为：[0066]步骤一：当中央计算机60开启检测模式后，安装于检测车10后轮的光电编码器41距离进行归0初始化，并同时启动安装于检测车10前部的激光测距传感器36、加速度传感器35以及和安装于检测车10前部、后位置的右方视角摄像机211、正前视角摄像机212以及后方高清摄像机221。[0067]步骤二：当检测车10开始向前行进，由光电编码器41获取检测车10行进距离，每行进0.5cm触发激光测距传感器36、加速度传感器35采集一次数据；每前进2m触发高清相机采集一次图像数据。[0068]步骤三：将采集的加速度信号进行和激光测距传感器36信号和桩号信号输入中央计算机60进行处理，对加速度信号进行滤波处理去除噪声，进行二次积分与激光测距传感器36信号做差，消除车辆行驶过程中颠簸的影响，并与桩号信息进行对应，得到检测路段的纵断面相对高程。[0069]步骤四：中央计算机60对得到的路面纵断相对高程进行求最大、最小差值，输出跳车位置和高差。[0070]实施例的作用与效果[0071]根据本实施例所涉及的水泥混凝土路面板块错台高差快速检测装置，因为包括：检测车；摄像模块，用于采集路面图像数据，设置在检测车上；激光测距模块，安装在检测车的底盘，激光测距模块至少包括加速度传感器和激光测距传感器，加速度传感器用于采集车辆震动数据，激光测距传感器用于采集路面高程数据；以及定位模块，至少包括光电编码器，光电编码器固定在检测车的后轮中轴线上，用于测量检测车的行驶长度。[0072]所以，根据本实施例提供的用于水泥混凝土路面板块错台高差快速检测装置，由于将加速度传感器与激光测距传感器组合使用，因此可以在消除车辆自振影响的条件下测量路面纵断面高程变化，精准获取路面纵断面高差。[0073]此外，使用光电转换编码器能够实时定位车辆局出发点的位置，同时使用高清相机拍摄路面画面，结合智能识别算法，能够有效识别并定位水凝混凝土路面板块接缝位置坐标，由此可以剔除其他影响因素，只输出水泥板块接缝位置的高差。[0074]上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。









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