基于激光測距的路面平整度檢測系統的設計

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。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（IRI），最后設計了一種激光路面平整度檢測系統，從軟件和硬件兩方面分析了該系統的數據采集與處理過程，并驗證了本系統的檢測結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。

關鍵詞：激光測距 路面平整度 國際路面平整度指數

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

1 引言

針對現有道路路面檢測中存在的問題，本文運用先進的激光傳感器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，通過激光三角法測距原理，簡單、便捷、準確地檢測路面不平度，再依據相關算法計算出待測路面的國際平整度指數，最后從軟件和硬件兩方面分析了該系統的數據采集與處理過程，驗證了本系統的可靠性和其系統的檢測結果不受車輛行駛速度影響。

2 激光測距與國際平整度指數（IRI）

激光測距的基本原理是以射向待測物體的脈沖或連續激光束作為光源測量待測物體的距離的。本系統選用美國LMI Technologies公司生產的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車輛模型作為動態計算方案的，具體實施方法：固定車輛的各個參數，當車以己知的速度在路面上行駛時，計算固定的一段距離內懸掛系統的累積位移量作為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的搭建

根據上述理論分析，本文搭建了激光路面平整度檢測系統以及配套的數據采集軟件。

3.1 硬件設計部分

本系統硬件部分采用計算機作為主控中心，并協同激光傳感器、陀螺儀和電源等設備統一安裝于檢測車上，構成了一套完整的車載式激光路面平整度檢測系統的硬件結構。

旋轉編碼器可將車速等信息轉換為電信號，不同的車速將會使該模塊產生周期不同的脈沖信號。該脈沖信號主要作為A/D采集的外部觸發信號，這里為配合AD采集卡的工作，需要對脈沖信號進行一定的調制，通過記數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值。考慮到檢測車行進時，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 軟件設計部分

圖1是本系統數據采集軟件，軟件部分主要實現以下功能：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，對這些原始數據進行分類保存，然后對所采集到的數據信號進行處理，主要是運算處理與降噪分析。

路面平整度檢測系統上電運行后，自動開啟數據采集卡，采集模塊將采集相關數據并傳至下位機控制模塊。該模塊將數據進行簡單處理后傳至上位機，上位機運行數據采集和顯示程序，數據采集卡和上位機通過串口通信實現數據的實時采集。上位機軟件可以將檢測數據經過算法處理實時的呈現出來。上下位機的通訊采用串行通信總線，波特率230400。運行上位機程序，首先調用串口初始化功能模塊對串口進行初始化，接著調用采樣功能模塊，發出周期采樣命令。隨后采集卡模塊將會進入定時數據采集狀態，每完成一組數據的采集，就利用該數據計算出路面平整度，然后調用數據存儲功能，把數據結果存放到SQL數據庫中。

4 結語

本文采用先進的激光測距技術搭建了一套路面平整度檢測系統，利用硬件和軟件相結合的方法，進行數據采集、接收轉換、數據存儲和計算分析，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，適用于我國道路的施工、監控、質量驗收、養護等方面。

參考文獻

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

[2]武軍.無損檢測技術在公路隧道支護結構質量檢測中的應用[J].山西交通科技，2008（3）.

[3]蔡紅霞.脈沖式激光測距系統研究[D].西安工業大學，2014.