一种用于测量路面平整度的巡检机器人及方法

技术领域

本发明涉及路面平整度检测技术领域，尤其涉及一种用于测量路面平整度的巡检机器人及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

平整度是指在规定的标准指标内测量道路表面的凹凸情况，其是衡量道路施工质量和服务水平的重要指标。道路平整度的好坏影响了道路的使用周期、运输车辆的损耗、运输成本以及运输安全等，并且道路边坡也是影响道路质量的一个重要因素，因此如何快速、有效、精准的测量路面平整度和监测道路边坡已经成为现如今一个很有意义的课题。

现有的路面平整度的检测设备主要包括两大类：断面类平整度检测设备和响应类平整度检测设备。

断面类检测设备直接获取路面纵断面曲线，常用设备包括三米直尺、平整度仪和手推式断面仪。使用这类设备检测平整度采样点少、不能全面客观的评价道路平整度；还存在受人为因素影响大，精度低，效率低，成本高等弊端。断面类检测设备中目前较为先进的检测设备是车载式激光平整度检测仪，该设备检测速度快、数据可靠、精度高，但测量精度受检测车颠簸和震动影响。

响应类检测设备检测速度快，但精度较低，因为该类检测设备无法直接测定路面纵断面高程，需要将其检测指标与断面类的检测指标进行转换。

现有对道路边坡的监测也仅仅局限于人力定期巡查，耗时耗工，并且精度满足不了要求。基于此，研究新型的路面平整度检测和道路边坡监测装置是很有必要的。

近几年来，以单线束激光器为主的非接触式路面平整度检测装置高速发展，该类装置可以高速地检测路面不平整状况，但是单线束激光单位时间内采集路面数据量少(仅有一束激光)，极易造成路面数据丢失，并且当环境恶劣时仅靠单线束激光唯一数据源进行路面平整度评判时，极易出现较大偏差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种用于测量路面平整度的巡检机器人及方法，能够实现路面平整度实时高速检测，进行路面质量实时评估，及时发现路面坑槽、裂缝等不良路况。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种用于测量路面平整度的巡检机器人，包括：机器人本体，所述机器人本体通过固定装置固定在道路护栏上，并能够沿着所述护栏移动；所述机器人本体上分别设置朝向路面一侧的第一多线束激光雷达和第一摄像装置；所述第一多线束激光雷达能够对路面进行多线束扫描，形成面单元形式的路面数据，所述第一摄像装置同步录制多线束激光雷达检测区域。

作为进一步地方案，所述第一多线束激光雷达和摄像装置中心在同一竖直线上，第一多线束激光雷达在下，第一摄像装置在上。

作为进一步地方案，所述固定装置包括：与所述道路护栏连接的固定板，所述固定板能够通过固定板定向轮和固定板万向轮实现在道路护栏上移动。

作为进一步地方案，所述机器人本体还包括：沿所述道路护栏移动的行进装置，所述行进装置为履带轮。

作为进一步地方案，还包括：设置在机器人本体上、朝向机器人行进方向设置的超声波传感器和第二摄像装置。

作为进一步地方案，还包括：朝向道路边坡一侧的第二多线束激光雷达，所述第二多线束激光雷达用于对道路边坡进行扫描，获取边坡数据。

作为进一步地方案，还包括：蓄电池以及分别与其连接的太阳能板发电装置和风力发电装置。

作为进一步地方案，还包括：运行状态监测模块，被配置为实时对机器人自身设备状态自检，保障机器人长时间稳定运行。

作为进一步地方案，还包括：设置在机器人本体上北斗定位装置和激光测距仪，所述北斗定位装置用于对机器人实时位置数据进行位置标注，所述激光测距仪用于实时测量机器人离地高度。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种用于测量路面平整度的巡检机器人的巡检方法，包括：

控制巡检机器人沿着道路护栏移动；

通过第一多线束激光雷达获取面单元形式的路面数据，通过坐标转换得到所述数据的真实坐标；

通过计算各道路断面内，每点高程值与平均高程值之间的差值均值，来对路面平整度进行评判；

发现异常的路面数据时，通过第一摄像装置采集的图像确认异常状态。

作为进一步地方案，通过第二多线束激光雷达获取道路边坡数据，连续寻找每一横断面上的最低高程点，将它们进行连线获得公路边坡坡率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用机器人巡检的方式同时进行路面平整度的测量和道路边坡的监测，可实现全天候测量，适应恶劣环境，不会出现疲劳。

(2)本发明利用多线束激光雷达和广角摄像头相结合的方式，进行面单元式的平整度数据采集与检测，允许设备高速采集数据，相对比现如今单线束的激光器，线单元的采集检测方式来说，具有更高的精度和更快的检测速度。

(3)本发明通过行进装置的履带和固定装置的固定板将巡检机器人安装在高速公路护栏上，充分利用高速公路护栏且不占用机动车道。

(4)本发明采用风力发电和太阳能发电为蓄电池充电，进而为各元件供电，充分利用自然资源，节能环保，降低了成本，而且风力发电和太阳能发电两种供电方式可满足不同天气下的供电需求。

附图说明

图1是本发明实施例中巡检机器人装置背面示意图；

图2是本发明实施例中巡检机器人正面示意图；

图3为本发明实施例中行进装置示意图；

其中，1.激光测距仪；2.风力发电装置；3.第一多线束激光雷达；4.广角摄像头；5.高清摄像头；6.第二多线束激光雷达；7.铆钉；8.固定板定向轮；9.L型固定板；10.固定板万向轮；11.履带；12.波形护栏；13.超声波传感器；14.太阳能板；15.北斗定位装置；16.驱动轮；17.从动轮；18.机器人主体；19.警示灯。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

在一个或多个实施方式中，公开了一种用于测量路面平整度的巡检机器人，参照图1-3，包括行进装置、检测装置、固定装置、供电装置、预警装置、定位装置和警示装置。

如图1和图2所示，固定装置由L型固定板9，固定板定向轮8，固定板万向轮10构成，为了让L型固定板9与巡检机器人主体18链接在一起，采用铆钉7将二者固定在一起。L型固定板9反勾于波纹护栏上下两侧，L型固定板9分别连接固定板定向轮8、固定板万向轮10；

固定板所起的作用就是将巡检机器人固定在护栏上；固定板定向轮8所起的作用是驱动机器人向前移动；固定板万向轮10所起的作用是使机器人易于移动；如图1所示，固定板焊接在机器人底部，通过这些轮子机构的配合使其贴附在护栏上并能够沿着护栏移动。

行进装置如图3所示，主要由履带11、驱动轮16和从动轮17组成。驱动轮16通过轴和巡检机器人主体18里面的电机连接在一起，通过轴完成动力传输。

检测装置包括第一多线束激光雷达3和广角摄像头4；第一多线束激光雷达3和广角摄像头4安装在装置靠路一侧，所朝方向为道路方向，且两元件中心在同一竖直线上，多线束激光雷达在下，广角摄像头4在上。

供电装置包括蓄电池、太阳能板14发电装置和风力发电装置2；为了尽可能增长巡检机器人巡检时间，收集更多的路面平整度数据，需要给其提供充沛的电能。太阳能板14和风力发电装置2构成供电装置，太阳能和风能均可转化为电能储存在蓄电池中，使其持续工作。

预警装置包括超声波发射器和高清摄像头5；超声波传感器13和高清摄像头5所朝方向，为装置行进方向，用于探寻前方是否有障碍物；警示装置主要由警示灯19构成。

本实施例中，为了尽可能保障巡检机器人装置安全，不受损害，位于其上方的高清摄像头5和正前方的超声波传感器13构成预警装置，通过高清摄像头5和超声波传感器13达到行进过程中的障碍物预警目的。与此同时，警示灯19持续闪烁，引起过往车辆注意，以防发生剐蹭。

定位装置包括北斗定位装置15、激光测距仪1；北斗定位装置15安装在装置上方，对所检测数据(机器人其他传感器例如摄像头激光雷达之类的对道路等拍摄获取的数据，实际目的是为了实现对机器人实时位置数据的获取)进行位置标注，使检测数据更能够与实际贴合，激光测距仪1安装于装置下方，发射方向朝向地面，用于实时测量机器人离地高度。

向巡检机器人发出巡检命令后，机器人内置运行状态监测模块会同时启动，对机器人自身设备进行自检，并在整个运行过程中一直监测机器人运行状态。巡检机器人沿着高速公路波形护栏12前进。在前进的同时，位于巡检机器人朝向路面一侧的第一多线束激光雷达3开始工作，对路面进行多线束扫描，形成面单元形式的路面数据，并且位于其正上方的广角摄像头4同步录制多线束激光雷达检测区域。

由于多线束激光雷达在单位时间内发射多束激光，可同时采集多个断面的路面数据，进而构成一个面单元路面数据，此数据收集形式进一步允许了检测装置可高速进行数据收集工作，极大避免数据丢失等现象的发生。

多线束激光雷达所生成的三维点云，其坐标值是以多线束激光雷达为坐标原点而呈现的，故需通过激光测距仪1实时测得巡检机器人装置离地高度，换算得到各点云真实坐标值，进而与北斗定位装置15配合使用，使获得的点云数据与实际贴合。

本实施例中，多线束激光雷达数据形式为三维点云形式，精准度达到毫米级，考虑到自身振动、恶劣环境等不利因素影响，其精准度仍在可接受范围之内。路面扫描后可得到一个相对应的点云化数据，通过计算各断面内，每点高程值与平均高程值之间的差值均值，来对路面平整度进行评判。

当发现某段路面点云突然出现较大异常值时，可通过广角摄像头4录制的视频查看此段路面，查明异常原因，确定是路面真实情况还是其他原因所致，以此来确保数据质量和装置检测精准度。

当巡检机器人处于工作状态时，高速公路上仍有汽车行驶，可能会发生遮挡多线束激光雷达的现象，导致数据因遮挡而丢失，此种情况下，可用此段路面相邻的两段路面数据作为替代。

在一些实施方式中，巡检机器人不仅可以进行路面平整度相关数据的收集，还可以进行沿线高速公路边坡的数据收集。通过巡检机器人上方的第二多线束激光雷达6进行边坡同步扫描，获取边坡数据。考虑到边坡上有很多植物，在进行边坡数据处理时，要连续寻找每一横断面上的最低高程点，再将它们进行连线则可获得公路边坡坡率。

实施例二

在一个或多个实施方式中，公开了一种用于测量路面平整度的巡检机器人的巡检方法，包括：

对巡检机器人上的各种传感器的试运行和校准，确保可正常长时间工作。

将巡检机器人装置安装在路旁波形护栏12，确保固定装置、行进装置与波形护栏12紧紧贴合。

待巡检机器人进行数据收集，完成预定里程数收集工作后，提取其中数据进行处理分析，完成路面平整和边坡数据收集，道路质量评估；

具体地，控制巡检机器人沿着道路护栏移动；

通过第一多线束激光雷达3获取面单元形式的路面数据，通过坐标转换得到所述数据的真实坐标；

通过计算各道路断面内，每点高程值与平均高程值之间的差值均值，来对路面平整度进行评判；

发现异常的路面数据时，通过广角摄像头4采集的图像确认异常状态。

通过第二多线束激光雷达6获取道路边坡数据，连续寻找每一横断面上的最低高程点，将它们进行连线获得公路边坡坡率。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。