一种公路路表水膜厚度检测装置及方法与流程

本发明属于公路路表水膜厚度检测，涉及一种公路路表水膜厚度检测装置及方法。

背景技术：

1、交通量的迅猛增长使得很多早期修建的道路日益拥堵，为解决拥堵问题，越来越多的超宽道路出现。超宽路面容易出现积水现象，产生一定厚度的水膜，水膜的存在，会削弱轮胎胎面与路面间的摩擦因数，在流体的影响下，轮胎与路面间的接触区域大幅度减弱，使得整车行驶稳定性下降。交通部《高速公路抗滑技术标准的研究》调查表明，水膜厚度的增加导致路面摩擦力的下降，导致雨天交通事故发生率是晴天的6~8倍。

2、在降雨天气下，路面积水造成路面湿滑导致路面和轮胎间的摩阻力降低，汽车行驶过积水路面时，积水会隔离路面与轮胎，造成轮胎和路面部分脱离，降低路面和轮胎间的附着能力，同时由于积水的动力润滑作用使得轮胎发生一定距离的滑移，产生“滑水”现象。在某一速度下，轮胎在积水路面上高速行驶时，轮胎的转动会排出路面积水，由于轮胎和流体之间的挤压产生动水压力，当路表水膜达到一定厚度时，动水压力刚好将轮胎抬起至完全脱离路面，该水膜厚度即为此速度下的临界水膜厚度，因此在公路运营期能够在降雨条件下精确获取路表水膜厚度对行车安全性有着重要的作用。现有道面水膜测量方法主要有接触式和非接触式检测方法。大多数接触式检测方法需要嵌入检测元件，测点固定，抗干扰性能较差，测量范围小，维护难度大，适用于需要长时间采集水膜厚度数据的路面。而现有的大多非接触式检测方法使用的仪器结构复杂，技术保密性使得难以推广，设备的购买相对昂贵，对检测现场环境的要求较高。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种公路路表水膜厚度检测装置及方法，以解决现有接触式检测方法需要嵌入检测元件、测点固定、抗干扰性能较差、测量范围小、维护难度大的问题，以及现有的非接触式检测方法使用的仪器结构复杂、难以推广、成本高、对检测现场环境的要求较高的问题。

2、本发明实施例所采用的技术方案是：一种公路路表水膜厚度检测装置，包括：

3、外罩，外罩底部开口设置，且外罩底部允许水流畅通流过；

4、水膜厚度检测结构，水膜厚度检测结构设置在外罩内，水膜厚度检测结构为涂覆在支撑结构上的遇水变色涂层；

5、所述支撑结构底端接触路面后，遇水变色涂层遇到路表水发生的颜色变化长度即水膜厚度值。

6、进一步的，所述外罩内安装有移动机构，所述水膜厚度检测结构安装在移动机构的移动端；

7、所述移动机构可带动水膜厚度检测结构在外罩内上下竖直移动，通过移动机构可操纵水膜厚度检测结构移动至其底端接触路面。

8、进一步的，所述水膜厚度检测结构安装在机械臂上，通过机械臂的上升、下降，带动水膜厚度检测结构上下竖直移动。

9、进一步的，所述水膜厚度检测结构设置有多个；

10、多个所述的水膜厚度检测结构竖直安装在多臂机械臂的单臂上。

11、进一步的，所述水膜厚度检测结构采用多个涂覆有遇水变色涂层的探针；

12、多个探针可拆卸竖直安装在多臂机械臂的单臂上，且所有探针错开设置；

13、所述多臂机械臂的单臂通过转轴与对应的连接杆转动连接；

14、所述连接杆共分为两组，位于左侧的一组连接杆与第一转动部件固定连接，位于右侧的一组连接杆与第二转动部件固定连接；所述第一转动部件和第二转动部件转动，带动连接杆和单臂在外罩内水平转动；

15、所述外罩上安装有移动导轨，所述第一转动部件和第二转动部件通过连接板安装在移动导轨上，连接板可沿移动导轨上下移动，带动多臂机械臂及探针在外罩内上下竖直移动。

16、进一步的，所述多臂机械臂的单臂上均匀设置有多个带卡扣的安装孔；

17、所述探针通过卡扣竖直可拆卸安装在安装孔内。

18、进一步的，所述的一种公路路表水膜厚度检测装置，还包括：

19、路面纹理图像获取装置，所述路面纹理图像获取装置获取被测区域的路面纹理三维云图，并传送到数据处理模块，所述数据处理模块根据被测区域的路面纹理三维云图，识别被测区域的路面纹理深度值，进而利用遇水变色涂层的颜色变化长度减去该路面纹理深度值，即为实际的水膜厚度值。

20、进一步的，所述的一种公路路表水膜厚度检测装置，还包括：

21、摄像头系统，所述摄像头系统用于拍摄水膜厚度检测结构的图像并传送到数据处理模块，所述数据处理模块根据水膜厚度检测结构的图像识别水膜厚度检测结构上遇水变色涂层的颜色变化长度；

22、供电模组，所述供电模组为用电部件提供工作电压；

23、所述外罩为透明的底部开口的立方体结构，且其四个角底部设置支腿；

24、所述外罩内设置有两个隔板，两个隔板对应靠近外罩的两个相对的侧板设置，其中，每个隔板和靠近其的侧板之间形成底部封口的容纳腔，容纳腔内放置有摄像头系统和供电模组。

25、本发明实施例所采用的另一技术方案是：一种公路路表水膜厚度检测方法，采用如上所述的一种公路路表水膜厚度检测装置，包括以下步骤：

26、步骤s1、将遇水变色涂料均匀涂抹在作为水膜厚度检测结构的支撑结构的探针上，形成遇水变色涂层；

27、步骤s2、在降雨条件下，将所述公路路表水膜厚度检测装置放置在路面水膜较厚处并对该区域的中心位置进行标记；

28、步骤s3、操纵多臂机械臂使探针散开呈正方形分布，探针分布的正方形的对角线长度小于路面纹理图像获取装置的扫描区域面积的边长，操纵多臂机械臂下降，探针尖端插到地面上，探针的遇水变色涂层遇到地面水膜发生颜色变化，然后再操纵多臂机械臂带动探针上升至摄像头系统处，摄像头系统拍摄探针的图像并传递到数据处理模块，数据处理模块对摄像头系统拍摄的图像进行分析和处理，基于图像识别得出探针的遇水变色涂层的颜色变化长度；

29、步骤s4、数据处理模块以任一探针所在地面点为坐标原点建立坐标系xyz，其中xy平面平行于路面，z轴垂直于路面，得到各个探针所在测点的坐标值，各测点的坐标z值即为对应探针的遇水变色涂层的颜色变化长度；

30、步骤s5、等到路面干燥后，根据标记点的位置将所述公路路表水膜厚度检测装置再次放置于被测区域处，操纵多臂机械臂使探针收拢在外罩的侧板处，启动路面纹理图像获取装置使其获取地面表面纹理，得到路面纹理三维云图，传递到数据处理模块；

31、步骤s6、所述数据处理模块对路面纹理三维云图进行处理，并捕捉步骤s4建立的坐标系xyz的坐标原点，并根据该坐标原点以及各测点的坐标值提取出被测区域的范围，在被测区域的范围内以坐标系xyz的坐标原点建立基于路面构造深度的坐标系xyz ’，各测点坐标的z ’值即为该测点的路面纹理深度值；

32、步骤s7、数据处理模块基于下式，得到各测点的水膜厚度值z ’’：

33、z ’’= z-z ’；

34、其中，z值为各测点的探针的遇水变色涂层的颜色变化长度，z ’为各测点的路面纹理深度值；

35、步骤s8、取各测点的水膜厚度值z ’’的平均值作为当前公路路表水膜厚度检测值。

36、进一步的，为消除遇水变色涂料的毛细现象对水膜厚度检测见过的影响，需要预先进行标定试验：

37、用量筒取一定深度的水，将涂有遇水变色涂层的探针插入水中，然后取出用游标卡尺测量其长度，将测量长度与初定的水深度进行比较得到差值；

38、进行多组上述试验，取多组试验所得差值的平均值，并利用该差值的平均值对水膜厚度的检测结果进行标定。

39、本发明实施例的有益效果是：

40、1、采用涂覆有遇水变色涂层的支撑结构进行测量，只需要读出底端接触地面的支撑结构上遇水变色涂层的颜色变化长度，即可得出路表水膜厚度值，耗时短、操作便利、成本低、不会对路面造成永久伤害、不会因径流流速过快以及雨水中杂质较多而导致测量结果偏差较大，并且装置方便携带，可以即用即测，可以对路面任意位置的水膜厚度值进行测量，解决了现有接触式检测方法需要嵌入检测元件、测点固定、抗干扰性能较差、测量范围小、维护难度大的问题，以及现有的非接触式检测方法使用的仪器结构复杂、难以推广、成本高、对检测现场环境的要求较高的问题；

41、2.搭配路面纹理图像获取装置可以在测量时充分考虑到路面纹理深度因素，基于测量的遇水变色涂层的颜色变化长度以及路面纹理深度，即可得到更加准确的水膜厚度值，大大降低了计算的复杂度，最终得到的水膜厚度值测量精确；

42、3、通过外罩的设计可以得到外罩范围内道面的水膜厚度，外罩底部留有间隙不会妨碍水流，且外罩的设置使得检测装置不易受到环境的影响，保证水膜厚度值的准确测量。