瀝青路面車轍深度檢測系統(tǒng)探析

徐學(xué)凱 王鵬翀

（安徽省七星工程測試有限公司 安徽合肥 230000）

瀝青路面車轍深度檢測系統(tǒng)探析

徐學(xué)凱 王鵬翀

（安徽省七星工程測試有限公司 安徽合肥 230000）

眾所周知，瀝青公路具有10年的使用年限，現(xiàn)在我國早期的很多瀝青公路已經(jīng)發(fā)生了比較嚴(yán)重的破損情況，而在瀝青公路中車轍屬于主要的一種病害，其不僅會對路面產(chǎn)生極大的破壞作用，還會對行車安全產(chǎn)生危害。所以，如何能夠準(zhǔn)確、客觀、快速地檢測瀝青公路的車轍病害具有十分重要的作用?；诖?，本文并研究了瀝青路面車轍深度檢測系統(tǒng)，供大家參考。

瀝青路面；車轍深度；檢測系統(tǒng)

引言

在我國瀝青公路建設(shè)不斷發(fā)展的今天，在公路總里程中瀝青公路具有越來越大的比重。與此同時，必須要快速地跟進(jìn)瀝青公路在建成之后的養(yǎng)護(hù)工作和管理工作。所謂的瀝青路面車轍病害主要是指沿著行車輪跡在路面上形成的縱向帶狀凹槽，其通常具有1.5cm以上的深度。采用傳統(tǒng)的公路路面檢測技術(shù)進(jìn)行公路檢測往往具有較差的精度和較低的效率，在檢測瀝青路面車轍的時候存在著較大的問題，因?yàn)楸仨氁粩嗟靥剿餍碌臑r青路面車轍檢測技術(shù)，確保瀝青公路大發(fā)展的需求得到充分地滿足。

1 瀝青路面車轍深度檢測系統(tǒng)的主要功能分析

該瀝青路面車轍深度檢測系統(tǒng)主要是用于在高速度和長距離的狀態(tài)下連續(xù)行駛的檢測車中，其具有采集、處理和存儲道路面形圖像的功能，而且在完成測量工作之后，能夠通過采集到的結(jié)果科學(xué)地分析路面的情況。①該系統(tǒng)的操作平臺為檢測車，在行駛的時候通過激光傳感技術(shù)對路面面形輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行自動的采集，保持1～60km/h的行駛速率，具有不超過1m的采集間隔。②該系統(tǒng)的核心是車載工控機(jī)，其具有可靠、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)，可以對100km的路面進(jìn)行連續(xù)檢測。③其能夠以相應(yīng)的需要為根據(jù)處理、分析、計(jì)算檢測結(jié)果，并且將多種路面評估參數(shù)保存下來。④在具有較高的精度和檢測效率的基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)的檢測設(shè)備在改進(jìn)和維護(hù)的時候更加方面，有助于嚴(yán)格控制系統(tǒng)的檢測費(fèi)用和成本[1]。

2 瀝青路面車轍深度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)有機(jī)構(gòu)成數(shù)據(jù)的采集與控制系統(tǒng)，其中的硬件系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集器件、各種傳感器、電纜電源以及相應(yīng)的檢測設(shè)備，其主要是利用下位機(jī)采集多路數(shù)據(jù)，并且實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，上位機(jī)的主要功能是處理和分析數(shù)據(jù)，并且對檢測結(jié)果進(jìn)行輸出。

該檢測系統(tǒng)屬于路面輪廓數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)，其具有非接觸式的特點(diǎn)，通過動態(tài)檢測的方式對車道輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行測量。在測量全車道的時候，由一塊圖像采集卡對每一組激光器進(jìn)行控制，通過一臺工控機(jī)處理數(shù)據(jù)，并且將基本的路面檢測單元形成。由一個路面檢測單元測量一個車道，所有的路面檢測單元都能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立的檢測，最后可以匯總處理檢測結(jié)果。該系統(tǒng)通過激光測距傳感器采集路面的數(shù)據(jù)，借助其他傳感器強(qiáng)化檢測的精度，并且實(shí)施檢測定位。由信號調(diào)理器對傳感器輸出的測量值進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，通過數(shù)據(jù)采集射頻向計(jì)算機(jī)中傳送，從而將路面評價參數(shù)形成，由電纜、電源、輸入輸出設(shè)備等對檢測操作進(jìn)行控制或輔助。圖1為該系統(tǒng)的檢測方案原理圖。

圖1瀝青路面車轍深度檢測系統(tǒng)檢測原理示意圖

3 瀝青路面車轍深度檢測系統(tǒng)的主要硬件

該系統(tǒng)主要包括工控機(jī)、圖像采集卡、CCD面陣攝像機(jī)等硬件，圖2為系統(tǒng)的硬件組成示意圖。

圖2 系統(tǒng)的硬件組成示意圖

3.1 激光傳感器

作為一種通過光電傳感技術(shù)非接觸測量距離的新型傳感器，激光傳感器在瀝青路面車轍深度檢測系統(tǒng)中屬于最為關(guān)鍵的傳感器。激光傳感器的設(shè)計(jì)原理為激光三角測量原理，其主要是由攝像器件和激光器共同組成的，具有較強(qiáng)的抗干擾能力、較高的定位精度、較快的測量速度等一系列的優(yōu)勢。現(xiàn)階段路面檢測系統(tǒng)硬件中的激光傳感器在采集數(shù)據(jù)的時候普遍使用CCD攝像器件，其能夠利用圖像采集卡轉(zhuǎn)化攝像機(jī)信號，使其成為數(shù)字信號，隨后向計(jì)算機(jī)進(jìn)行傳輸，使其進(jìn)行識別、處理和顯示圖像的工作。三角測量原理是線式激光測距傳感器的原理，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式對其內(nèi)部的角度和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，其主要組成部分為攝像頭和線式激光器[2]。

3.2 圖像采集卡

計(jì)算機(jī)不能夠?qū)鞲衅鬏敵龅男盘栠M(jìn)行直接識別，只有在對傳感器輸出的信號進(jìn)行處理之后，計(jì)算機(jī)才能夠?qū)ζ鋵?shí)施分析和處理，信號調(diào)理的過程實(shí)際上就是處理轉(zhuǎn)換信號的過程。信號調(diào)理方式主要包括線性化、濾波、隔離、放大、轉(zhuǎn)換等，而數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備的可擴(kuò)展性、可靠性、靈活性、采樣速率、精度等決定了檢測系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。目前插入式的數(shù)據(jù)采集卡是常用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，以下因素決定了數(shù)據(jù)采集卡的性能：①采樣頻率：數(shù)據(jù)采集卡必須要具備匹配傳感器信號的頻率。②采樣方法：在實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的時候，數(shù)據(jù)采集卡需要在很小的采集間隔內(nèi)對各個通道的信號進(jìn)行處理。③分辨率：數(shù)據(jù)采集卡數(shù)字化處理傳感器信號的精度取決于其分辨率的高低[3]。④接口技術(shù)：以PCI總線為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集卡能夠使數(shù)據(jù)采集頻率得以極大提升，作為一種獨(dú)立于CPU的同步的局部總線，PCI總線具有33MHz的最高工作頻率，133MB/s的數(shù)據(jù)傳輸頻率。以PCI規(guī)范2.2向下兼容為根據(jù)設(shè)計(jì)圖像卡的PCI接口，其支持即插即用標(biāo)準(zhǔn)，而寄存器則能夠?qū)崿F(xiàn)任何地址的映射，這樣就能夠防止出現(xiàn)硬件沖突。其驅(qū)動軟件為全32位，能夠?qū)崿F(xiàn)一機(jī)多卡同時操作，并且進(jìn)行逐幀并行處理。各卡均能夠獨(dú)立地設(shè)置亮度、對比度等各項(xiàng)參數(shù)，可以利用驅(qū)動軟件進(jìn)行調(diào)整，具備對視頻信號等各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行自動檢測的能力[4]。

3.3 車載工控機(jī)

檢測系統(tǒng)的處理平臺就是工控機(jī)，其具備高速、實(shí)時存儲、處理和分析大量檢測數(shù)據(jù)的功能，同時對顯示系統(tǒng)、硬盤、內(nèi)存、CPU等均具有較高的要求。該工控機(jī)的參數(shù)為：Pentium4的CPU，3.2GHz；DDR40的RAM，512MB；ATIM10的顯示適配器；Maxtor6Y160M0的硬盤，160G。

4 瀝青路面車轍深度檢測系統(tǒng)的具體測量應(yīng)用

作為一項(xiàng)車載式系統(tǒng)，瀝青路面車轍深度檢測系統(tǒng)能夠與測量車集成在一起，這樣用戶在操作的時候會顯得更加方便。在車身的相應(yīng)位置上安裝系統(tǒng)的各種傳感器部件，通過集中布線的方式使其信號線連接工業(yè)PC。瀝青路面車轍深度檢測系統(tǒng)的具體測量應(yīng)用過程如下：將檢測車發(fā)動，同時將路面檢測程序啟動實(shí)施測量工作。由傳感器接收路面輪廓數(shù)據(jù)，而圖像采集卡則對數(shù)據(jù)進(jìn)行自動采集，并且在計(jì)算機(jī)中輸入，這時候應(yīng)用程序會馬上對數(shù)據(jù)圖像進(jìn)行同步處理，并且保存處理的結(jié)果，將路面的指標(biāo)同步地顯示出來。同時對圖像卡存儲在計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行利用，在對圖像進(jìn)行采集和處理的間隙中從屏幕上顯示出來。在這個過程中檢測人員能夠以具體的情況為根據(jù)隨時隨地地利用檢測程序?qū)y量進(jìn)度予以暫停或者終止。

在測量的過程中檢測人員利用顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上的路面信息觀察路面狀況的時候，如果需要對構(gòu)造深度進(jìn)行測量，這時候就可以對檢測程序進(jìn)行操作，將路面測量工作終止，然后通過對檢測車的控制就能夠測量路面車轍的構(gòu)造深度，這時候檢測程序就能夠?qū)﹄妱悠揭婆_進(jìn)行啟動和控制，開展相應(yīng)的測量工作。在完成測量構(gòu)造深度的工作之后，檢測人員可以對檢測程序進(jìn)行操作，使其繼續(xù)進(jìn)行路面測量。在完成測量工作之后，檢測人員能夠通過終止檢測程序的方式結(jié)束整個工作，也能夠?qū)z測程序進(jìn)行操作，使其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

5 結(jié)語

本文分析并介紹了瀝青路面車轍深度檢測系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)，其具有較好的可靠性、較高的精度、可連續(xù)檢測、大范圍、長距離等一系列的優(yōu)勢，能夠有效地滿足高質(zhì)量、高速度、大規(guī)模、信息化、現(xiàn)代化的瀝青公路路面養(yǎng)護(hù)管理要求。

[1]汪恩軍，陳先橋，初秀民，張黎光.車轍檢測中超聲測距數(shù)據(jù)采集方法[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（01）.

[2]王鑫，唐振民.一種新的自動路面車轍檢測方法[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2008（10）.

[3]我國車轍檢測技術(shù)達(dá)國際領(lǐng)先水平[J].公路與汽運(yùn)，2008（03）.

[4]陳倫瓊，吳建文，徐友仁.圖像處理在高速公路路面車轍檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2008（09）.

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1004-7344（2016）15-0154-02

2016-5-12