基于激光测距的路面平整度检测系统的设计

曹桂芳　张佳鹏　郭晓澎

摘要：为了提高路面平整度的检测水平，本文提出了一种基于激光测距的路面平整度检测系统。首先介绍了激光测距的原理，接着计算了国际路面平整度指数（IRI），最后设计了一种激光路面平整度检测系统，从软件和硬件两方面分析了该系统的数据采集与处理过程，并验证了本系统的检测结果不受车辆行驶速度影响，适合我国道路交通的平整度检测。

关键词：激光测距 路面平整度 国际路面平整度指数

中图分类号：TN247 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）06-0191-01

1 引言

针对现有道路路面检测中存在的问题，本文运用先进的激光传感器Selcom SLS5000，搭建了基于一套基于激光测距的路面平整度自动检测系统，通过激光三角法测距原理，简单、便捷、准确地检测路面不平度，再依据相关算法计算出待测路面的国际平整度指数，最后从软件和硬件两方面分析了该系统的数据采集与处理过程，验证了本系统的可靠性和其系统的检测结果不受车辆行驶速度影响。

2 激光测距与国际平整度指数（IRI）

激光测距的基本原理是以射向待测物体的脉冲或连续激光束作为光源测量待测物体的距离的。本系统选用美国LMI Technologies公司生产的Selcom 5000型激光传感器，该传感器采用直射式激光三角测距原理[1]。

计算IRI采用1/4车辆模型作为动态计算方案的，具体实施方法：固定车辆的各个参数，当车以己知的速度在路面上行驶时，计算固定的一段距离内悬挂系统的累积位移量作为IRI即可。为了方便计算，将1/4车辆模拟模型简化为计算模型。

3 路面平整度检测系统的搭建

根据上述理论分析，本文搭建了激光路面平整度检测系统以及配套的数据采集软件。

3.1 硬件设计部分

本系统硬件部分采用计算机作为主控中心，并协同激光传感器、陀螺仪和电源等设备统一安装于检测车上，构成了一套完整的车载式激光路面平整度检测系统的硬件结构。

旋转编码器可将车速等信息转换为电信号，不同的车速将会使该模块产生周期不同的脉冲信号。该脉冲信号主要作为A/D采集的外部触发信号，这里为配合AD采集卡的工作，需要对脉冲信号进行一定的调制，通过记数卡将该脉冲信号分频。这里采用中断的方式处理中断请求信号，控制AD采集模块实时的采集激光传感器和陀螺仪所测得的路面平整度原始参数值。考虑到检测车行进时，路面平整度会对其造成极大的影响，所以使用单一的激光传感器所测得的数值并不能直接反映路面的平整度，需要在检测车上同时安装加速度传感器，即陀螺仪。该模块可以用于测量该车的竖向移动速率，通过对陀螺仪输出的加速度信号进行两次积分处理，就可以得到受路面平整度影响的车体所产生的位移。用该加速度信号同激光传感器测出的信号相减，采集到真实的路面断面值，并且消除车体的震动位移。

3.2 软件设计部分

图1是本系统数据采集软件，软件部分主要实现以下功能：记录检测车行驶到路面检测点与开始检测点之间的距离，并通过陀螺仪采集检测车的垂直振动加速度，对这些原始数据进行分类保存，然后对所采集到的数据信号进行处理，主要是运算处理与降噪分析。

路面平整度检测系统上电运行后，自动开启数据采集卡，采集模块将采集相关数据并传至下位机控制模块。该模块将数据进行简单处理后传至上位机，上位机运行数据采集和显示程序，数据采集卡和上位机通过串口通信实现数据的实时采集。上位机软件可以将检测数据经过算法处理实时的呈现出来。上下位机的通讯采用串行通信总线，波特率230400。运行上位机程序，首先调用串口初始化功能模块对串口进行初始化，接着调用采样功能模块，发出周期采样命令。随后采集卡模块将会进入定时数据采集状态，每完成一组数据的采集，就利用该数据计算出路面平整度，然后调用数据存储功能，把数据结果存放到SQL数据库中。

4 结语

本文采用先进的激光测距技术搭建了一套路面平整度检测系统，利用硬件和软件相结合的方法，进行数据采集、接收转换、数据存储和计算分析，研制了一种性价比较高的长距离、高精度的、无损伤的路面检测系统，适用于我国道路的施工、监控、质量验收、养护等方面。

参考文献

[1]冯国旭，常保成.高精度激光测距技术研究[J].激光与红外，2007，37（11）：1137-1140.

[2]武军.无损检测技术在公路隧道支护结构质量检测中的应用[J].山西交通科技，2008（3）.

[3]蔡红霞.脉冲式激光测距系统研究[D].西安工业大学，2014.