基于激光測距的路面平整度檢測系統(tǒng)的設(shè)計

曹桂芳　張佳鵬　郭曉澎

摘要：為了提高路面平整度的檢測水平，本文提出了一種基于激光測距的路面平整度檢測系統(tǒng)。首先介紹了激光測距的原理，接著計算了國際路面平整度指數(shù)（IRI），最后設(shè)計了一種激光路面平整度檢測系統(tǒng)，從軟件和硬件兩方面分析了該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與處理過程，并驗證了本系統(tǒng)的檢測結(jié)果不受車輛行駛速度影響，適合我國道路交通的平整度檢測。

關(guān)鍵詞：激光測距 路面平整度 國際路面平整度指數(shù)

中圖分類號：TN247 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0191-01

1 引言

針對現(xiàn)有道路路面檢測中存在的問題，本文運(yùn)用先進(jìn)的激光傳感器Selcom SLS5000，搭建了基于一套基于激光測距的路面平整度自動檢測系統(tǒng)，通過激光三角法測距原理，簡單、便捷、準(zhǔn)確地檢測路面不平度，再依據(jù)相關(guān)算法計算出待測路面的國際平整度指數(shù)，最后從軟件和硬件兩方面分析了該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與處理過程，驗證了本系統(tǒng)的可靠性和其系統(tǒng)的檢測結(jié)果不受車輛行駛速度影響。

2 激光測距與國際平整度指數(shù)（IRI）

激光測距的基本原理是以射向待測物體的脈沖或連續(xù)激光束作為光源測量待測物體的距離的。本系統(tǒng)選用美國LMI Technologies公司生產(chǎn)的Selcom 5000型激光傳感器，該傳感器采用直射式激光三角測距原理[1]。

計算IRI采用1/4車輛模型作為動態(tài)計算方案的，具體實施方法：固定車輛的各個參數(shù)，當(dāng)車以己知的速度在路面上行駛時，計算固定的一段距離內(nèi)懸掛系統(tǒng)的累積位移量作為IRI即可。為了方便計算，將1/4車輛模擬模型簡化為計算模型。

3 路面平整度檢測系統(tǒng)的搭建

根據(jù)上述理論分析，本文搭建了激光路面平整度檢測系統(tǒng)以及配套的數(shù)據(jù)采集軟件。

3.1 硬件設(shè)計部分

本系統(tǒng)硬件部分采用計算機(jī)作為主控中心，并協(xié)同激光傳感器、陀螺儀和電源等設(shè)備統(tǒng)一安裝于檢測車上，構(gòu)成了一套完整的車載式激光路面平整度檢測系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。

旋轉(zhuǎn)編碼器可將車速等信息轉(zhuǎn)換為電信號，不同的車速將會使該模塊產(chǎn)生周期不同的脈沖信號。該脈沖信號主要作為A/D采集的外部觸發(fā)信號，這里為配合AD采集卡的工作，需要對脈沖信號進(jìn)行一定的調(diào)制，通過記數(shù)卡將該脈沖信號分頻。這里采用中斷的方式處理中斷請求信號，控制AD采集模塊實時的采集激光傳感器和陀螺儀所測得的路面平整度原始參數(shù)值。考慮到檢測車行進(jìn)時，路面平整度會對其造成極大的影響，所以使用單一的激光傳感器所測得的數(shù)值并不能直接反映路面的平整度，需要在檢測車上同時安裝加速度傳感器，即陀螺儀。該模塊可以用于測量該車的豎向移動速率，通過對陀螺儀輸出的加速度信號進(jìn)行兩次積分處理，就可以得到受路面平整度影響的車體所產(chǎn)生的位移。用該加速度信號同激光傳感器測出的信號相減，采集到真實的路面斷面值，并且消除車體的震動位移。

3.2 軟件設(shè)計部分

圖1是本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集軟件，軟件部分主要實現(xiàn)以下功能：記錄檢測車行駛到路面檢測點與開始檢測點之間的距離，并通過陀螺儀采集檢測車的垂直振動加速度，對這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分類保存，然后對所采集到的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行處理，主要是運(yùn)算處理與降噪分析。

路面平整度檢測系統(tǒng)上電運(yùn)行后，自動開啟數(shù)據(jù)采集卡，采集模塊將采集相關(guān)數(shù)據(jù)并傳至下位機(jī)控制模塊。該模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單處理后傳至上位機(jī)，上位機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和顯示程序，數(shù)據(jù)采集卡和上位機(jī)通過串口通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集。上位機(jī)軟件可以將檢測數(shù)據(jù)經(jīng)過算法處理實時的呈現(xiàn)出來。上下位機(jī)的通訊采用串行通信總線，波特率230400。運(yùn)行上位機(jī)程序，首先調(diào)用串口初始化功能模塊對串口進(jìn)行初始化，接著調(diào)用采樣功能模塊，發(fā)出周期采樣命令。隨后采集卡模塊將會進(jìn)入定時數(shù)據(jù)采集狀態(tài)，每完成一組數(shù)據(jù)的采集，就利用該數(shù)據(jù)計算出路面平整度，然后調(diào)用數(shù)據(jù)存儲功能，把數(shù)據(jù)結(jié)果存放到SQL數(shù)據(jù)庫中。

4 結(jié)語

本文采用先進(jìn)的激光測距技術(shù)搭建了一套路面平整度檢測系統(tǒng)，利用硬件和軟件相結(jié)合的方法，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、接收轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲和計算分析，研制了一種性價比較高的長距離、高精度的、無損傷的路面檢測系統(tǒng)，適用于我國道路的施工、監(jiān)控、質(zhì)量驗收、養(yǎng)護(hù)等方面。

參考文獻(xiàn)

[1]馮國旭，常保成.高精度激光測距技術(shù)研究[J].激光與紅外，2007，37（11）：1137-1140.

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