一种使用双色激光测距测量路面平整度的方法与流程

本发明涉及道路工程质量检验，具体为一种使用双色激光测距测量路面平整度的方法。

背景技术：

1、随着公路里程的不断增加，高速公路网、国省县道路网和城市道路网迅猛发展，为进一步提高公路交通运输的经济社会效益，中国在公路建设快速发展的同时，也越来越重视公路交通的运营管理、路面养护和服务水平，公路养护管理工作日益重要，公路技术状况快速检测与评价成为道路科学养护工作的重中之重，通过道路路面检测可以获取道路的技术特征，进而判断道路的使用情况以及损坏程度，目前在道路工程质量检验领域，道路平整度指数iri以自动化测量为主，大体为两种方法：一是直接测量，即通过各种手段测得路面轮廓，例如激光断面仪等，二是间接测量，即通过其他能反映平整度的信息来拟合道路平整度指数iri，例如测量车身颠簸位移的颠簸仪，一般来说，直接测量的方法在成本和精度上都要高于间接测量，对于直接测量，目前普遍采用的是激光测距和加速度计组合的方法，以激光测距减去加速度计测得的车身颠簸，由此得到路面轮廓高程值，再由路面高程值计算道路平整度指数iri；

2、但是传统直接测量路面平整度的方法，对加速度计自身数据的漂移难以处理，一般需要使用昂贵的高精度加速度计并配合复杂的处理算法，这使得高精度测iri值的设备往往需要高昂的硬件和软件成本，因此，需要一种易于实现并且成本低廉的直接测量道路平整度的方法。

技术实现思路

1、本发明提供一种使用双色激光测距测量路面平整度的方法，可以有效解决上述背景技术中提出传统直接测量路面平整度的方法，对加速度计自身数据的漂移难以处理，一般需要使用昂贵的高精度加速度计并配合复杂的处理算法，这使得高精度测iri值的设备往往需要高昂的硬件和软件成本的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种使用双色激光测距测量路面平整度的方法，包括如下步骤：

3、步骤s1：准备绿色点激光器、红色点激光器、彩色线阵相机以及轴编码器；

4、步骤s2：使用固定外壳放置绿色点激光器、红色点激光器、彩色线阵相机，并将三者的镜头中心点固定于同一水平线上，同时固定外壳背面镶嵌强力磁铁以便吸附于车侧面，装置内一前一后的绿激光器和红激光器相距一已知距离；

5、步骤s3：标定激光点位，在室外将固定结构吸附于车侧，将绿激光器和红激光器选用最大功率，利用彩色线阵相机采集软件观察双色点激光位置，调整调整结构件内部相机和激光角度；

6、步骤s4：将编码器固定于车轮，设置其触发脉冲为固定值，再与彩色线阵相机相连，彩色线阵相机采集软件设置触发模式，实现iri测量所要求的等间隔采样；

7、步骤s5：车辆开始行驶时，彩色线阵相机采集软件开始等间隔取图，并将采集的图片保存于本地；

8、步骤s6：测量光斑中心点，通过采集得到的图片，计算出图片中光斑的中心确定测距值；

9、步骤s7：利用三角测距原理由步骤s6中测得的双色激光光斑中心点测量双激光高程值；

10、步骤s8：通过步骤s7计算得到的测距数值，再结合双色传感器等距测量原理获得连续的路面高程值；

11、步骤s9：通过步骤s7得到的高程值计算路面平整度。

12、根据上述技术方案，所述步骤s4中，其原理是通过编码器脉冲数获得车轮的旋转角度以确定汽车的运动距离，以一个固定的时间内，统计这段时间的编码器脉冲数，计算转速值：

13、

14、编码器单圈总脉冲数为常数c，统计时间为固定值，单位秒，该时间内统计到的编码器脉冲数为测量值；

15、得到编码器转速后，根据轮胎周长得到一秒内前进的距离，对特定距离的信号做转换，输出为电压信号当做触发源；

16、所述步骤s6中，计算方法如下：设横向像素个数为n，第i个像素点的亮度为li，则光斑的中心位置x为：

17、

18、其中k是幂次，其值越大，亮度高的像素的权重越高，越能排除较低亮度像素的影响；

19、所述步骤s7中，激光打到物体表面，根据物体距离的不同，反射到感光元件上的位置也不同，通过红、绿点激光分别反射到了感光元件的对应位置，距离和感光元件上光点的位置存在一一对应的函数关系，再将光点的像素位置带入计算公式中即可得出测距数值；

20、所述步骤s8中，计算高程值需要激光测得的距离h，其由步骤s7计算得到，利用等距拍摄原理可以保证获得一致的步长，在行驶n个步长δ后路面高程为：

21、

22、可见其只与行驶距离有关，检测结果不受检测速度影响；

23、将路面纵断面简化为单一频率和幅值的正弦波：

24、y＝asin(2πfx)             (2)

25、道路的高程值便可由式(1)可变化得到：

26、yn＝yn-1+(h(n-1)1-h(n-1)2)＝asin[2πfx(n-1)δ]    (3)

27、从式(3)可以看出，计算得到的各采样点的纵断面高程和式(2)在采样点的高程相等，因此，车辆振动不影响纵断面的检测，因此舍去加速度计测量车辆纵向振动的模块；

28、所述步骤s9中，根据高程值计算出iri值，具体计算方法如下：

29、设测得的路面高程值为一序列{yi}，采样间隔为dx，令：

30、y′＝(yi-yi-1)/dx

31、z1＝s11z′1+s12z′2+s13z′3+s14z′4+p1y′

32、z2＝s21z′1+s22z′2+s23z′3+s24z′4+p2y′

33、z3＝s31z′1+s32z′2+s33z′3+s34z′4+p3y′

34、z4＝s41z′1+s42z′2+s43z′3+s44z′4+p4y′

35、rsi＝|z3-z1|

36、z′j＝zj

37、※z′j初始值设定为0，随着迭代的进行，结果最终会收敛；

38、※sjk和pj是已知的系数，由世界银行46号技术文件给出；

39、不断重复上述计算过程求得每一步的rsi，最后算出iri：

40、

41、与现有技术相比，本发明的有益效果：

42、通过使用双色激光，基于三角激光测距原理的装置来测量道路平整度指数iri，该方法能够满足iri定义所要求的路面高程值的准确测量，并且原理简单，不涉及复杂的处理算法、装置的核心部件线阵图像传感器的成本也远低于高精度加速度传感器，解决了传统iri测量方法成本高难以实现的弊端。

技术特征：

1.一种使用双色激光测距测量路面平整度的方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种使用双色激光测距测量路面平整度的方法，其特征在于，所述步骤s4中，其原理是通过编码器脉冲数获得车轮的旋转角度以确定汽车的运动距离，以一个固定的时间内，统计这段时间的编码器脉冲数，计算转速值：

技术总结本发明公开了一种使用双色激光测距测量路面平整度的方法，包括如下步骤：步骤S1：准备绿色点激光器、红色点激光器、彩色线阵相机以及轴编码器，步骤S2：使用固定外壳放置绿色点激光器、红色点激光器、彩色线阵相机，并将三者的镜头中心点固定于同一水平线上，同时固定外壳背面镶嵌强力磁铁以便吸附于车侧面，本发明通过使用双色激光，基于三角激光测距原理的装置来测量道路平整度指数IRI，该方法能够满足IRI定义所要求的路面高程值的准确测量，并且原理简单，不涉及复杂的处理算法、装置的核心部件线阵图像传感器的成本也远低于高精度加速度传感器，解决了传统IRI测量方法成本高难以实现的弊端。技术研发人员：王家奎,盛家全,陈锦锋,熊益受保护的技术使用者：武汉唯理科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25