沥青路面激光检测系统的设计

路面平整度和构造深度作为评价公路路面施工质量和使用性能的关键性指标，是公路养护和管理的重要环节。我国目前使用的路面检测设备，如连续式平整度仪和车载式颠簸累积仪等，受长度和速度的限制，存在精度差、测试速度慢、时间稳定性差等缺点。针对现有高速公路路面检测中存在的问题，本系统采用了先进的激光传感器SLS5000，研制了一种性价比较高的长距离、高速度、高精度的、无损伤的连续路面检测系统。 1 硬件设计 该检测系统主要由检测车、激光传感器、加速度传感器、距离传感器、信号预处理器、数据采集卡及笔记本电脑组成，其组成框图如图1所示。 图1 系统组成框图 系统采用美国LMI Technologies公司生产的Selcom5000型激光传感器，它是一种小巧的、单点式的非接触性工业测量设备，具有高精度，高分辨率，高速等特点。数据采样速率为16kHz，并提供标准的0～20mA或4～20mA的模拟输出，测量过程中，将其固定于检测车横梁上。采用激光三角法的测量原理，光源在被测物表面形成的亮点，通过光学接收器聚焦于探测器上一点，探测器将其产生的光学信号转化为电信号，得到检测车距路面的竖向高度。 由于车体受路面平整度的影响，激光传感器测出的距离并不能直接反映路面平整度，需在车体上加装加速度传感器，用于测量检测车的竖向移动速率，并对该加速度传感器输出的加速度信号进行两次积分处理，量化车体受路面平整度影响产生的位移。用该信号同激光传感器测出的信号进行互差，消除车体的震动位移采集到真实的路面断面值。 距离传感器用于测量检测车行驶的距离，并提供同步采集触发信号，在本系统中，以100m为一个测量单元，每隔1m的间隔进行一次测量。各部件所得的数据信息，经过信号预处理，通过图像采集卡，传送到工控机。 2 软件设计 软件所实现的功能和实际测量过程是紧密联系的，在车载式沥青路面检测系统上电运行后，开启数据采集卡，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，实现实时的数据采集。上位机程序运行后，首先调用串口进行初始化功能块对串口初始化，然后调用采样功能块，发出周期采样命令。在串口事件功能块中进入定时的数据采集状态。采集得到一组测量数据后，按照要求完成路面平整度及构造深度指标的计算，调用数据存储功能块，将结果存放到数据库中，以供查询及比较，并调用绘图功能块将其用状态曲线显示。上位机部分的全部程序采用Visual Basic 6.0进行编写，系统软件结构示意图如图2所示。 图2 系统软件结构示意图 2.1 VB下的串口通信 本系统通过Visual Basic 6.0下的串行通信实现数据的实时采集，其串行通信程序是采用VB的标准控件MSComm串行通信控件来实现。本程序中使用到的MSComm控件的主要属性和方法包括：CommPort属性、Settings属性、Portopen属性、Input属性和Output属性、InputMode属性、RThreshold属性。 本系统的硬件结构中，下位机采集设备连接到上位机的com1端口上，在主程序界面上添加MSComm控件，并对串口进行初始化设置，程序为： If MSComm1.PortOpen=False Then MSComm1.CommPort=1 MSComm1.PortOpen=True MSComm1.Settings=″9600，n，8，2″ MSComm1.InputMode=comlnputModeBinary MSComm1.RThreshold=0 End If 2.2 VB下的数据存储及显示 系统采用Data Access Object（数据访问对象DAO）编写程序创建数据库，使程序提供对数据库的完全控制，且增加了程序的灵活性。在该数据库中创建一个参数表，参数表中定义了车行距离，车速，方差，国际平整度指数IRI，构造深度五个字段。并使用ADO编程实现数据库表的基本操作，即实现向数据库中添加实时测量数据的功能，其程序为： Dim rst As ADODB.Recordset For i=1 To sampletime-1 rst.AddNew rst.Fields（″车行距离″）=Trim（receivedata（0，i）） rst.Fields（″车速″）=Trim（receivedata（1，i）） rst.Fields（″方差″）=Trim（receivedata（2，i）） rst.Fields（″平整度IRI″)=Trim（receivedata（3，i）） rst.FieldS（″构造深度″）=Trim（receivedata（4，i）） rst.Update Next i rst.Close 通过Adodc控件进行数据库和应用程序的数据交换，利用Adodc的connectioningstring属性来建立到上述数据库的连接，并将其RecordSoure属性设置为上述参数表。 将Textbox控件设为数据绑定控件，绑定到参数表中的一个字段，从而实现实时采集数据的显示。即将textbox控件的DataSource属性（绑定的数据源）设置为Adodc，DataField属性（绑定的字段）设置为参数表中的某一字段。 建立数据库显示控件DataGrid控件与数据库访问控件Adodc控件的联系，实现数据库数据的显示，即将DataGrid控件的Datasource属性设置为关联数据库操作控件Adodc。 2.3 VB下的数据图形显示 测量软件主要采用实时曲线动态地显示实时采集到的数据。其中一条实时曲线以测试距离为X轴，国际平整度IRI为Y轴，反映采集到的国际平整度IRI的变化；另一条实时曲线以测试距离为X轴，构造深度为Y轴，反映采集到的构造深度的变化。 MSComm控件接收到下位机发送的测量数据后，将其按通信协议进行计算，将纵向断面值，车行距离值存入动态数组ReData1（）和ReData2（），再按公式计算出国际平整度IRI和构造深度，并存入二维动态数组ReceiveData（）中，供绘制实时曲线使用。 得到采样数据的数组后，通过绘制线条的方法在PictureBox中绘制曲线。首先将第一个点设置为当前光标位置，并以该点为起始坐标，下一点为终点坐标，通过Line函数绘制曲线；再将上次绘图的终点坐标做为本次绘图的起始坐标，指向下一个点，如此反复下去，便可得到连续的测量曲线。其中测试距离和国际平整度IRI的绘图部分代码如下所示： For j=DrawStart+1 To DrawStart+50 Picture1.CurrentX=lX1*receivedata（0，i） Picture1.CurrentY=lY1*receivedata（3，i） Picture1.Line-（lx1*receivedata（0，i+1），lY1*receivedata（3，i+1）） i = i + 1 Next j 3 运行结果 待系统硬件部分连接好，检查无误，即可对路面车行性能参数进行实时的检测，系统主界面如图3所示。 图3 系统主界面 如果需要对所存储的车行性能参数进行查询及显示，则可按下“数据库管理”菜单中的“数据管理”，即出现车行性能参数显示界面，车行性能参数的回显界面如图4所示。 图4 车行性能参数的回显界面 4 结束语 该系统采用先进的激光检测技术，利用软硬件相结合的方法，进行数据的采集、接收转换、数据存储、计算分析，具有采集速度快、精度高、操作简便等诸多优点。可广泛用于公路的施工、监控、质量验收和养护管理。