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      農(nóng)村道路路況快速調(diào)查裝置的制作方法

      文檔序號:11508271閱讀:293來源:國知局
      農(nóng)村道路路況快速調(diào)查裝置的制造方法

      本發(fā)明涉及農(nóng)村道路檢測與維護(hù)領(lǐng)域,具體地指一種農(nóng)村道路路況快速調(diào)查裝置。

      技術(shù)背景

      隨著我國城鄉(xiāng)公路里程的增加,在大力建設(shè)農(nóng)村公路的同時,道路的管理與養(yǎng)護(hù)也越來越重要。農(nóng)村公路具有路線短,布局分散,技術(shù)等級低,路面質(zhì)量差等特點。現(xiàn)有的公路檢測車,其大致是對車底盤和車頂進(jìn)行改造,安裝檢測相關(guān)指標(biāo)的相機、激光器等傳感裝置,但是該種檢測車造價昂貴,體積巨大,并不適用于路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低、車道窄、限載限高的農(nóng)村公路。



      技術(shù)實現(xiàn)要素:

      本發(fā)明就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供了一種體積小、載重輕、造價低、能適應(yīng)復(fù)雜農(nóng)村道路路況的農(nóng)村道路路況快速調(diào)查裝置。

      為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明所設(shè)計的農(nóng)村道路路況快速調(diào)查裝置,其特殊之處在于:包括由交換機相互連接的采集監(jiān)控計算機、網(wǎng)絡(luò)存儲器和數(shù)據(jù)采集中心,還包括電池組件、光電編碼器、衛(wèi)星定位裝置、閃光燈模組,所述數(shù)據(jù)采集中心為集成的一體化結(jié)構(gòu),

      所述采集監(jiān)控計算機用于為數(shù)據(jù)采集中心設(shè)置采集參數(shù),并處理、顯示數(shù)據(jù)采集中心傳來的路況信息;

      所述數(shù)據(jù)采集中心用于采集路面及道路景觀圖像信息、路面的平整度信息,并將采集信息輸送給采集監(jiān)控計算機和網(wǎng)絡(luò)存儲器;

      所述網(wǎng)絡(luò)存儲器用于存儲采集監(jiān)控計算機和數(shù)據(jù)采集中心輸入的數(shù)據(jù);

      所述光電編碼器與數(shù)據(jù)采集中心連接,用于提供相機拍照觸發(fā)信號及路面平整度數(shù)據(jù)抽樣信號;所述衛(wèi)星定位裝置與數(shù)據(jù)采集中心連接,用于同步數(shù)據(jù)采集中心各采集數(shù)據(jù),并獲取裝置當(dāng)前位置;衛(wèi)星定位裝置所述閃光燈模組與數(shù)據(jù)采集中心連接,用于數(shù)據(jù)采集中心采集路面圖像信息時提供照明;

      所述電池組件與數(shù)據(jù)采集中心連接,用于裝置供電。

      進(jìn)一步地,所述數(shù)據(jù)采集中心集成有激光測距傳感器、加速度傳感器、同步控制板、ad模塊、黑白面陣相機、彩色面陣相機、嵌入式計算機、電源與控制模塊,所述嵌入式計算分別與交換機、黑白面陣相機、彩色面陣相機、ad模塊、衛(wèi)星定位裝置和同步控制板連接;所述同步控制板與衛(wèi)星定位裝置、激光測距傳感器、加速度計、光電編碼器、黑白面陣相機、彩色面陣相機、電源與控制模塊連接;所述閃光燈模組與電源與控制模塊連接。采用了嵌入式計算機嵌入式操作系統(tǒng),實現(xiàn)了開電即可工作,斷電即可關(guān)機,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

      更進(jìn)一步地,所述采集監(jiān)控計算機處理路況信息中的路面平整度信息包括以下步驟:

      1)將原始激光測距電壓值和原始加速度電壓值標(biāo)定為實際距離和實際加速度;

      2)利用高斯濾波器去除激光測距數(shù)據(jù)中的隨機誤差;

      3)利用fir高通濾波器去除加速度中的低頻趨勢項,積分成速度,再次利用fir高通濾波器去除速度中的低頻趨勢項,最后對速度積分獲得載車平臺振動位移值。

      4)將激光測距值減去載車平臺振動位移值,獲得道路縱斷面相對高程

      數(shù)據(jù);

      5)將編碼器脈沖作為抽樣信號,在其上升沿對高程數(shù)據(jù)進(jìn)行抽樣,將等時間間隔采樣的道路縱斷面相對高程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為等空間間隔的采樣。

      利用fir高通濾波器去除加速度數(shù)據(jù)中的趨勢項,測量載車平臺的振動位移,對激光測距值進(jìn)行補償,從而計算路面平整度。該種平整度檢測算法使用較低精度的傳感器,即可滿足農(nóng)村公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求,降低了系統(tǒng)成本。

      再進(jìn)一步地,所述交換機、黑白面陣相機和彩色面陣相機分別通過千兆網(wǎng)與嵌入式計算機連接;所述采集監(jiān)控計算機也通過千兆網(wǎng)與交換機連接。所述光電編碼器、衛(wèi)星定位裝置、閃光燈模組、電池組件通過同軸電纜與數(shù)據(jù)采集中心連接,千兆網(wǎng)提高了工作效率,同軸電纜抗干擾能力好,傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

      再進(jìn)一步地,所述閃光燈模組由電源與控制模塊控制輪流閃光。多個閃光燈輪換工作,降低單個閃光燈閃光頻率,延長使用壽命。

      再進(jìn)一步地,所述閃光燈為高頻閃光燈,所述閃光燈尾部裝有大功率散熱風(fēng)扇。采用高頻數(shù)字閃光燈,瞬時放電功率達(dá)到千瓦級,配合工業(yè)級ccd面陣相機,能在太陽光下補光,降低樹蔭導(dǎo)致的圖像斑駁不清晰。在閃光燈尾部安裝大功率散熱風(fēng)扇,整個閃光燈尾部外殼密閉設(shè)計,僅在燈泡部分有開孔,風(fēng)扇向燈泡吹風(fēng),氣流只能通過燈泡部分的開孔,進(jìn)入反光罩與玻璃罩的空隙流出,帶走燈泡上的熱量,從而對閃光燈燈泡強制散熱,延長使用壽命。

      再進(jìn)一步地,還包括4g模塊,所述4g模塊通過usb接口與采集監(jiān)控計算機連接,用于為采集監(jiān)控計算機提供互聯(lián)網(wǎng)連接。在采集監(jiān)控模塊中使用在線地圖,提供了更精確的位置導(dǎo)航服務(wù),便于路線采集調(diào)度。

      一種農(nóng)村道路路況快速調(diào)查車,包括載車本體,所述載車本體上設(shè)置有農(nóng)村道路路況快速調(diào)查裝置,所述農(nóng)村道路路況快速調(diào)查裝置具有上述任一項所述的特征。

      再進(jìn)一步地,所述采集監(jiān)控計算機、電池組件、交換機、網(wǎng)絡(luò)存儲器安裝在載車本體內(nèi)部,所述光電編碼器安裝在載車本體右側(cè)后輪上,所述數(shù)據(jù)采集中心和閃光燈組安裝在載車本體頂架上。

      本發(fā)明的優(yōu)點在于:數(shù)據(jù)采集中心,將主要傳感器統(tǒng)一安裝在一個長方體的盒子內(nèi)部,形成結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計,內(nèi)部傳感器設(shè)備高度集成儀器化,無需對載車改裝,可拆卸,便于快速安裝。采用了高速局域網(wǎng),將數(shù)據(jù)監(jiān)控、采集、存儲分布式布局,提高了存儲媒介的可替換性,便于數(shù)據(jù)管理,減少拷貝,提高了工作效率。

      附圖說明

      圖1是本發(fā)明農(nóng)村道路快速調(diào)查裝置結(jié)構(gòu)框圖。

      圖2是數(shù)據(jù)采集中心組成框圖。

      圖3是農(nóng)村道路路況快速調(diào)查裝置整體外觀圖。

      圖4是數(shù)據(jù)采集中心結(jié)構(gòu)布置示意圖。

      圖5是閃光燈組成。

      圖6是外業(yè)數(shù)據(jù)采集組成框圖。

      圖7是內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)分析流程圖。

      圖8平整度檢測算法流程圖。

      具體實施方式

      下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:

      如圖1所示,本發(fā)明所設(shè)計的農(nóng)村道路路況快速調(diào)查裝置,包括由交換機相互連接的采集監(jiān)控計算機、網(wǎng)絡(luò)存儲器和數(shù)據(jù)采集中心,還包括電池組件、光電編碼器、衛(wèi)星定位裝置、閃光燈模組。

      采集監(jiān)控計算機用于為數(shù)據(jù)采集中心設(shè)置采集參數(shù),并處理、顯示數(shù)據(jù)采集中心傳來的路況信息,還用于顯示地圖,里程和樁號信息;

      數(shù)據(jù)采集中心整體為集成的一體化結(jié)構(gòu),用于采集路面及道路景觀圖像信息、路面的平整度信息,并將采集信息輸送給采集監(jiān)控計算機和網(wǎng)絡(luò)存儲器;

      網(wǎng)絡(luò)存儲器用于存儲采集監(jiān)控計算機和數(shù)據(jù)采集中心輸入的數(shù)據(jù);

      光電編碼器用于為數(shù)據(jù)采集中心提供采集里程信息,提供相機拍照觸發(fā)信號及路面平整度數(shù)據(jù)抽樣信號;

      衛(wèi)星定位裝置與數(shù)據(jù)采集中心連接,用于對數(shù)據(jù)采集中心各采集數(shù)據(jù)進(jìn)行同步,并獲取本裝置當(dāng)前位置;

      閃光燈模組與數(shù)據(jù)采集中心連接,用于數(shù)據(jù)采集中心采集路面圖像信息時提供照明;

      電池組件與數(shù)據(jù)采集中心連接,用于為本裝置供電。

      其中,如圖2所示,所述數(shù)據(jù)采集中心集成有激光測距傳感器、加速度傳感器、同步控制板、ad模塊、黑白面陣相機、彩色面陣相機、嵌入式計算機、電源與控制模塊,所述嵌入式計算分別與交換機、黑白面陣相機、彩色面陣相機、ad模塊、衛(wèi)星定位裝置和同步控制板連接;所述同步控制板與衛(wèi)星定位裝置、激光測距傳感器、加速度計、光電編碼器、黑白面陣相機、彩色面陣相機、電源與控制模塊連接;所述閃光燈模組與電源與控制模塊連接。數(shù)據(jù)采集中心所包含的元器件整體集成在一個長方形的盒子里,本裝置采用嵌入式計算機和嵌入式操作系統(tǒng),實現(xiàn)了開電即可工作,斷電即可關(guān)機,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其中黑白面陣相機采用高分辨率黑白ccd面陣相機、彩色面陣相機采用高分辨率彩色ccd面陣相機。衛(wèi)星定位裝置采用gnss接收機。

      為了提高工作效率,其中交換機、黑白面陣相機和彩色面陣相機分別通過千兆網(wǎng)與嵌入式計算機連接;采集監(jiān)控計算機也通過千兆網(wǎng)與交換機連接。光電編碼器、gnss天線、閃光燈模組和電池組件通過同軸電纜與數(shù)據(jù)采集中心連接,同軸電纜抗干擾能力好,傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

      采集監(jiān)控計算機處理路況信息中的路面平整度信息包括以下步驟:

      1)將原始激光測距電壓值和原始加速度電壓值標(biāo)定為實際距離和實際加速度;

      2)利用高斯濾波器去除激光測距數(shù)據(jù)中的隨機誤差;

      3)利用fir高通濾波器,減弱加速度數(shù)據(jù)計算中的趨勢項,最終獲得載車平臺振動位移值。

      3)利用fir高通濾波器,減弱加速度數(shù)據(jù)計算中的趨勢項,最終獲得載車平臺振動位移值。

      4)將激光測距值減去載車平臺振動位移值,獲得道路縱斷面相對高程

      數(shù)據(jù);

      5)利用編碼器脈沖對高程數(shù)據(jù)進(jìn)行抽樣,將等時間間隔采樣的道路縱斷面相對高程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為等空間間隔的采樣。

      6)根據(jù)平整度定義公式計算路面平整度數(shù)值。

      利用fir高通濾波器去除加速度數(shù)據(jù)中的趨勢項,測量載車平臺的振動位移,對激光測距值進(jìn)行補償,從而計算路面平整度。該種平整度檢測算法使用較低精度的傳感器,即可滿足農(nóng)村公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求,又降低了系統(tǒng)成本。

      為了降低單個閃光燈閃光頻率,延長使用壽命。本裝置的閃光燈模組包括閃光燈組、電源與控制模塊,電源與控制模塊與同步控制板連接,用于接收同步控制板指令后控制閃光燈組輪流閃光。閃光燈為高頻閃光燈,閃光燈尾部裝有大功率散熱風(fēng)扇。采用高頻數(shù)字閃光燈,瞬時放電功率達(dá)到千瓦級,配合工業(yè)級ccd面陣相機,能在太陽光下補光,降低樹蔭導(dǎo)致的圖像斑駁不清晰。在閃光燈尾部安裝大功率散熱風(fēng)扇,整個閃光燈尾部外殼密閉設(shè)計,僅在燈泡部分有開孔,風(fēng)扇向燈泡吹風(fēng),氣流只能通過燈泡部分的開孔,進(jìn)入反光罩與玻璃罩的空隙流出,帶走燈泡上的熱量,從而對閃光燈燈泡強制散熱,延長使用壽命。

      本裝置還包括4g模塊,4g模塊通過usb接口與采集監(jiān)控計算機連接,用于為采集監(jiān)控計算機提供互聯(lián)網(wǎng)連接。在采集監(jiān)控模塊中使用在線地圖,提供了更精確的位置導(dǎo)航服務(wù),便于路線采集調(diào)度。

      農(nóng)村道路路況快速調(diào)查車,包括載車本體,載車本體上設(shè)置有具有以上特征的農(nóng)村道路路況快速調(diào)查裝置,其中,采集監(jiān)控計算機、電池組件、交換機、網(wǎng)絡(luò)存儲器設(shè)置在載車本體內(nèi)部,光電編碼器設(shè)置在載車本體右側(cè)后輪上,所述數(shù)據(jù)采集中心和閃光燈組安裝在載車本體頂架上。

      本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)如下:

      如圖1所示,為農(nóng)村道路路況快速調(diào)查裝置結(jié)構(gòu)框圖。包括有1個光電編碼器、衛(wèi)星定位裝置、閃光燈模組、數(shù)據(jù)采集中心、采集監(jiān)控計算機、4g模塊、網(wǎng)絡(luò)存儲器、交換機和電池組件。交換機與數(shù)據(jù)采集中心、網(wǎng)絡(luò)存儲器、采集監(jiān)控計算機通過千兆網(wǎng)連接,光電編碼器、gnss天線、閃光燈模組和電池組件通過同軸電纜與數(shù)據(jù)采集中心連接。

      數(shù)據(jù)采集中心作為農(nóng)村快速調(diào)查裝置的核心部分,主要傳感器都固定安裝在一個長方體盒子內(nèi)部,集成有1個黑白面陣相機、1個彩色面陣相機、1個激光測距傳感器、1個加速度計、電源與控制模塊、ad采集模塊、嵌入式計算機和同步控制板。黑白和彩色面陣相機與嵌入式計算機通過千兆網(wǎng)連接,同步控制板與嵌入式計算機通過rs-232串口連接,ad采集模塊與嵌入式計算機通過usb接口連接,數(shù)據(jù)采集中心組成如圖2所示。

      其中各部件的連接結(jié)構(gòu)及功能如下:

      采集監(jiān)控計算機:連接交換機,用于設(shè)置采集控制參數(shù),并實時顯示采集圖像、地圖、里程和樁號信息。

      嵌入式計算機:連接交換機、相機、ad模塊、gnss接收機和同步器,用于解析采集監(jiān)控計算機的控制指令,轉(zhuǎn)發(fā)同步控制板器參數(shù)設(shè)置指令,存儲采集數(shù)據(jù)。

      網(wǎng)絡(luò)存儲器:連接交換機,用于存儲采集數(shù)據(jù),掛載為嵌入式計算機和采集監(jiān)控計算機的本地盤,進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。

      4g模塊:連接采集監(jiān)控計算機,提供上網(wǎng)服務(wù),用于在線地圖顯示。

      同步控制板:連接嵌入式計算機、gnss接收機、激光測距傳感器、加速度計、光電編碼器、閃光燈模組、相機。用于控制相機拍照,傳感器信號轉(zhuǎn)換,通過rs232串口發(fā)送數(shù)據(jù)給嵌入式計算機。

      黑白面陣相機:通過千兆網(wǎng)連接嵌入式計算機,同步控制板發(fā)送脈沖控制相機拍照,采集路面圖像,用于路面病害識別。

      彩色面陣相機:通過千兆網(wǎng)連接嵌入式計算機,同步控制板發(fā)送脈沖控制相機拍照,采集后方景觀圖像,用于道路沿線設(shè)施檢查。

      gnss接收機:通過rs232串口連接嵌入式計算機和同步控制板,用于獲取時間和位置。時間用于同步圖像與平整度數(shù)據(jù),位置用于在采集監(jiān)控計算機的地圖上進(jìn)行顯示。

      ad模塊:通過usb接口連接嵌入式計算機,將gnss接收機的pps脈沖信號、激光測距傳感器信號、光電編碼器信號、加速度計信號從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

      加速度傳感器:測量豎直方向的加速度,獲取設(shè)備的振動位移值,用于檢測路面平整度。

      激光測距傳感器:獲取設(shè)備離路面的距離,用于檢測路面平整度。

      光電編碼器:連接同步控制板,獲取車輛運行里程,用于控制相機拍照及路面平整度數(shù)據(jù)抽樣計算。

      電源與控制模塊:與同步控制板、閃光燈模組連接,將電池組件的供電,分配到各設(shè)備中進(jìn)行供電,例如給傳感器設(shè)備提供合適的工作電壓,控制閃光燈輪流工作。

      閃光燈模組:與同步控制板連接,其觸發(fā)脈沖與黑白面陣相機相同,用于為路面黑白相機拍照提供照明。

      交換機:連接采集監(jiān)控計算機、網(wǎng)絡(luò)存儲器和嵌入式計算機,用于采集監(jiān)控計算機與嵌入式計算機通信、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)共享。

      閃光燈組、電源與控制模塊如圖5所示,閃光燈組由多個高亮數(shù)字閃光燈組成。電源與控制模塊控制閃光燈在微秒級時間內(nèi)放電,以達(dá)到千瓦級的瞬時照明功率,對太陽光進(jìn)行補光,降低樹蔭導(dǎo)致的路面圖像斑駁不清晰,提高路面圖像質(zhì)量。在閃光燈尾部安裝大功率散熱風(fēng)扇,整個閃光燈尾部外殼密閉設(shè)計,僅在燈泡部分有開孔,風(fēng)扇向燈泡吹風(fēng),氣流只能通過燈泡部分的開孔,進(jìn)入反光罩與玻璃罩的空隙流出,帶走燈泡上的熱量,從而對閃光燈燈泡強制散熱,延長燈泡壽命。在電源與控制模塊內(nèi)部設(shè)計有閃光燈輪流工作控制電路,控制多個閃光燈輪流工作,保護(hù)閃光燈。

      路面平整度,通過光電編碼器、激光測距傳感器和加速度計實現(xiàn)測量。激光測距傳感器測量車頂離地面距離。加速度計二次積分測量車輛振動位移,對激光測距值進(jìn)行補償實現(xiàn)平整度檢測。

      本發(fā)明農(nóng)村道路路況快速調(diào)查裝置的工作流程如下:

      1)采集監(jiān)控計算機設(shè)置采集參數(shù)。采集監(jiān)控計算機通過交換機向嵌入式計算機發(fā)送采集參數(shù)設(shè)置指令,嵌入式計算機設(shè)置相機拍照參數(shù),設(shè)置ad模塊采樣參數(shù),設(shè)置同步控制板觸發(fā)脈沖參數(shù)。

      2)開始采集,車輛前行,帶動光電編碼器轉(zhuǎn)動。

      a、ad模塊按預(yù)設(shè)采樣頻率,將gnss接收機的pps信號、激光測距信號、加速度計信號和編碼器脈沖信號從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,嵌入式計算機將以上數(shù)據(jù)存儲在網(wǎng)絡(luò)存儲器中。

      b、gnss接收機按預(yù)設(shè)更新頻率,獲取檢測車當(dāng)前時刻經(jīng)緯度坐標(biāo)及gps時間,對同步控制板授時,嵌入式計算機將接收到的gnss接收機數(shù)據(jù)存儲在網(wǎng)絡(luò)存儲器中,并記錄最新位置。

      c、編碼器發(fā)送脈沖給同步控制板,當(dāng)脈沖計數(shù)達(dá)到設(shè)置數(shù)值,向相關(guān)相機發(fā)送拍照觸發(fā)脈沖,同時向嵌入式計算機發(fā)送觸發(fā)時刻圖像信息,嵌入式計算機檢測到有相機拍照,將采集圖像及觸發(fā)時刻圖像信息存儲在網(wǎng)絡(luò)存儲器中。

      3)采集監(jiān)控計算機每隔預(yù)設(shè)時間間隔,查詢嵌入式計算機采集狀態(tài),顯示最新存儲的路面圖像、景觀圖像、采集里程、樁號及地圖上的位置。

      一種農(nóng)村道路路況快速調(diào)查車,如圖3與圖4所示,為農(nóng)村道路路況快速調(diào)查裝置安裝示意圖。包括載車本體,載車本體一般以小型越野車或皮卡作為載車本體,光電編碼器安裝在右側(cè)車后輪上,交換機、電池組件、采集監(jiān)控計算機、網(wǎng)絡(luò)存儲器設(shè)置在載車本體內(nèi)部,數(shù)據(jù)采集中心盒子和閃光燈模組通過基座固定于載車本體車頂架上。電源輸入、閃光燈控制以及車輪編碼器與交換機通過航插連接,閃光燈模組并排均勻傾斜懸掛于車頂架末端,為路面相機提供拍照照明,黑白面陣相機與豎直方向成一定角度傾斜安裝以獲取足夠大的視場,彩色面陣相機向后拍攝景觀圖像。

      本發(fā)明農(nóng)村道路路況快速調(diào)查裝置將外業(yè)數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)分析分開處理,外業(yè)數(shù)據(jù)采集主要功能為采集存儲數(shù)據(jù)和監(jiān)控采集狀態(tài),內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)分析主要功能為路面病害識別分類和路面平整度計算。

      其中,外業(yè)數(shù)據(jù)采集,如圖6所示,為農(nóng)村道路路況快速調(diào)查裝置外業(yè)數(shù)據(jù)采集組成框圖。外業(yè)采集由采集控制計算機和嵌入式計算機兩個部分組成,共分為五個模塊:采集監(jiān)控模塊、采集控制模塊、圖像采集模塊、同步控制與定位模塊、路面平整度數(shù)據(jù)采集模塊。

      存儲采集數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)存儲器,通過交換機,使用千兆網(wǎng)分別與采集監(jiān)控計算機和嵌入式計算機連接,分別掛載為二者的本地盤,進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。采集監(jiān)控計算機與嵌入式計算機之間通過套接字通信,采集監(jiān)控計算機作為客戶端,嵌入式計算機作為服務(wù)端,采集監(jiān)控計算機每隔固定時間間隔主動向嵌入式計算機發(fā)送最新采集狀態(tài)查詢請求。采集監(jiān)控計算機運行windows操作系統(tǒng),嵌入式計算機運行l(wèi)inux嵌入式操作系統(tǒng)。

      采集監(jiān)控模塊:采集監(jiān)控模塊程序運行在采集監(jiān)控計算機上,設(shè)計有人機交互界面,用于設(shè)置采集線路信息、設(shè)置傳感器參數(shù),顯示當(dāng)前已保存的最新路面圖像和景觀圖像,并嵌入了在線地圖顯示檢測車當(dāng)前地理位置。

      采集控制模塊:采集控制模塊程序運行在嵌入式計算機上,檢測面陣相機、ad模塊、同步控制板和gnss接收機的工作狀態(tài),根據(jù)采集監(jiān)控模塊的指令控制各個數(shù)據(jù)采集進(jìn)程的工作狀態(tài)。

      圖像采集模塊:圖像采集模塊程序運行在嵌入式計算機上,根據(jù)采集監(jiān)控模塊指令設(shè)置黑白面陣相機和彩色面陣相機的拍照參數(shù),存儲采集到的路面圖像和景觀圖像,向采集監(jiān)控模塊反饋最新采集的圖像信息。

      同步控制與定位模塊:同步控制與定位模塊程序運行在嵌入式計算機上,根據(jù)采集監(jiān)控模塊指令設(shè)置同步控制板的同步觸發(fā)參數(shù),存儲同步控制板返回的相機拍照觸發(fā)同步信息,存儲并解析衛(wèi)星定位裝置返回的位置時間信息,向采集監(jiān)控模塊反饋解析后的位置信息。

      路面平整度數(shù)據(jù)采集模塊:路面平整度數(shù)據(jù)采集模塊程序運行在嵌入式計算機上,根據(jù)采集監(jiān)控模塊指令設(shè)置ad模塊采樣頻率,存儲ad模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換后的衛(wèi)星定位裝置pps脈沖、編碼器脈沖、激光測距傳感器和加速度計信號數(shù)據(jù)。

      內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)分析,如圖7所示,為農(nóng)村道路路況快速調(diào)查裝置內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)分析流程圖。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)分析流程分為預(yù)處理模塊、檢測算法模塊和處理結(jié)果模塊。

      預(yù)處理模塊:計算機對采集到的路面圖像原始數(shù)據(jù)進(jìn)行畸變矯正和去陰影勻光處理,對激光原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定濾波處理,將加速度原始數(shù)據(jù)標(biāo)定濾波積分處理獲取設(shè)備振動位移,最后把數(shù)據(jù)給檢測算法模塊。

      檢測算法模塊:用于檢測路面圖像上的病害和計算路面平整度。以所有數(shù)據(jù)中g(shù)ps時間作為基準(zhǔn),將景觀圖像、路面圖像和平整度數(shù)據(jù)進(jìn)行同步配準(zhǔn),最后把數(shù)據(jù)給處理結(jié)果模塊。

      處理結(jié)果模塊:聯(lián)動顯示路面圖像、景觀圖像和平整度數(shù)據(jù),用于展示檢測結(jié)果,最后生成檢測結(jié)果路面質(zhì)量評估報告與報表,用于農(nóng)村公路養(yǎng)護(hù)管理的依據(jù)。

      本發(fā)明中平整度檢測原理,如圖8所示,激光測距傳感器所采集的數(shù)據(jù)用于車頂?shù)降孛娴木嚯x檢測,加速度計所采集的數(shù)據(jù)用于載車平臺振動位移的測量,將激光測距值減去加速度積分的載車平臺振動位移,即可獲得能夠反映路面平整度的道路縱斷面相對高程數(shù)據(jù),在此基礎(chǔ)上計算道路平整度指標(biāo)。平整度算法流程如圖所示。

      1)將原始激光測距電壓值和原始加速度電壓值標(biāo)定為實際距離和實際加速度;

      2)利用高斯濾波器去除激光測距數(shù)據(jù)中的隨機誤差;

      3)加速度數(shù)據(jù)中包含有趨勢項,不能直接積分成位移。趨勢項表現(xiàn)形式為低頻信號,因此設(shè)計fir高通濾波器,減弱趨勢項對最終結(jié)果的影響;對加速度數(shù)據(jù)依次濾波積分,最終獲得載車平臺振動位移值;

      4)將激光測距值減去載車平臺振動位移,獲得道路縱斷面相對高程數(shù)據(jù);

      5)利用編碼器脈沖對高程數(shù)據(jù)進(jìn)行抽樣,將等時間間隔采樣的道路縱斷面相對高程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為等空間間隔的采樣。

      根據(jù)平整度定義公式計算路面平整度數(shù)值。

      本發(fā)明所設(shè)計的農(nóng)村道路路況快速調(diào)查裝置的優(yōu)點如下:

      1)將主要傳感器統(tǒng)一安裝在一個長方體的盒子內(nèi)部,形成結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計,內(nèi)部傳感器設(shè)備高度集成儀器化,無需對載車改裝,可拆卸,便于快速安裝。

      2)采用了高速局域網(wǎng),將數(shù)據(jù)監(jiān)控、采集、存儲分布式布局,提高了存儲媒介的可替換性,便于數(shù)據(jù)管理,減少拷貝,提高了工作效率。

      3)采用了嵌入式計算機和嵌入式操作系統(tǒng),實現(xiàn)了開電即可工作,斷電即可關(guān)機,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

      4)采用閃光燈進(jìn)行照明,設(shè)計了閃光燈輪流工作控制電路,可以控制多個閃光燈輪換工作,降低單個閃光燈閃光頻率,延長使用壽命。且在閃光燈尾部安裝大功率散熱風(fēng)扇,整個閃光燈尾部外殼密閉設(shè)計,僅在燈泡部分有開孔,風(fēng)扇向燈泡吹風(fēng),氣流只能通過燈泡部分的開孔,進(jìn)入反光罩與玻璃罩的空隙流出,帶走燈泡上的熱量,從而對閃光燈燈泡強制散熱,延長使用壽命。采用高頻數(shù)字閃光燈,瞬時放電功率達(dá)到千瓦級,配合工業(yè)級ccd面陣相機,能在太陽光下補光,降低樹蔭導(dǎo)致的圖像斑駁不清晰。

      5)利用4g模塊上網(wǎng)功能,在采集監(jiān)控模塊中使用在線地圖,提供了更精確的位置導(dǎo)航服務(wù),便于路線采集調(diào)度。

      6)利用fir高通濾波器去除加速度數(shù)據(jù)中的趨勢項,測量載車平臺的振動位移,對激光測距值進(jìn)行補償,從而計算路面平整度。該種平整度檢測算法使用較低精度的傳感器,即可滿足農(nóng)村公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求,降低了系統(tǒng)成本。

      7)與使用安裝在車底盤橫梁上的短距離激光測量平整度的傳統(tǒng)道路檢測車不同,農(nóng)村道路路況快速調(diào)查裝置使用長距離激光,更能適應(yīng)路面坑洼顛簸、環(huán)境復(fù)雜的農(nóng)村公路。

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