АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ

Полезная модель относится к аппартно-програмным комплексам для измерения профиля поверхности и может быть использована для измерения параметров шероховатости дорожного покрытия.
Известны контактные и бесконтактные приборы по определению шероховатости дорожного покрытия [Немчинов М.В. Сцепные качества дорожных покрытий и безопасность движения автомобилей. М.: Транспорт, 1985. 231 с]. Приборы контактного типа основаны на последовательном преобразовании профиля покрытия с разрешающей способностью от 2 до 10 мм.
Однако, приборы контактного типа обеспечивают разномасштабное увеличение параметров микропрофиля, поэтому форма профилограмм отличается от формы действительных профилей поверхности, а обработка полученных результатов производится на бумажных носителях.
Приборы бесконтактного типа используют различные способы измерения шероховатости поверхности: интерференционный, светового сечения, тепловой проекции, растровый, рефлектометрический.
Однако, все перечисленные приборы разработаны для нужд машиностроения и работают от сети переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 220 В и позволяют измерять шероховатость с высотой выступов от тысячной долей микрона до 300 мкм.
В настоящее время ближайшими аналогами являются:
1) прибор для измерения шероховатости дорожного покрытия (патент на полезную модель №53766);
2) контактный прибор для определения средней глубины впадин дорожной шероховатости (а.с. №1203179);
3) бесконтактный дорожный профилометр с лазерным датчиком (Рекомендации по устройству дорожных покрытий с шероховатой поверхностью. - Росавтодор. - М.: 2004.).
Недостатком прибора 1 является высокое энергопотребление, в связи с чем уменьшается беспрерывная работа в полевых условиях, а так же слабая водозащищенность рабочих органов в период дождя, что приводит к замыканию в цепи.
Недостатками приборов 2 и 3 являются: трудоемкость при проведении измерений и применение воды, что не позволяет использовать его при отрицательных температурах в полевых условиях (а.с. №1203179); измерение дорожной шероховатости в одной плоскости (дорожный профилометр с лазерным датчиком), а не во всей плоскости контакта колеса с дорожным покрытием. Общим недостатком обоих приборов является их громоздкость и большая продолжительность времени для получения результатов измерений.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является более точное и оперативное измерение параметров шероховатости дорожного покрытия.
Указанная задача решается тем, что определение шероховатости основано на выполнения 3D реконструкции поверхности с использованием метода, основанного на анализе изображений, полученных при фиксированном положении камеры, но с различными положениями источника освещения.
Для получения серии таких изображений предложен аппаратно-програмный комплекс, состоящий из светонепроницаемого кожуха с отверстиями под объектив камеры и источников света. Структура комплекса представлена на фиг.1.
Реконструкция изображения выполняется построчно. В общем случае, из изображения размером М на N пикселей, выбирается i-строка длинной N пикселей. Для каждого пикселя строки находится мера сфокусированности, для чего можно использовать следующий критерий: чем выше четкость имеет некоторая область изображения, тем с большей вероятностью можно предположить, что область находится в фокусе. Поэтому исследуя область вокруг текущей строки, можно определить те участки, которые находятся в фокусе. Аналогичные действия выполняются для той же строки каждого из набора изображений. В результате, из сравнения мер сфокусированности каждой точки строк, получается профиль, по которому можно реконструировать текущую строку. Однако такой профиль является приближенным. Уточнение профиля глубины выполняется с использованием яркости пикселей тех пикселей исходных изображений, степень сфокусированности которых оказалась наибольшей.
Автоматизированный анализ сфокусированности или разфокусированности изображения основан на том, что чем более резкий переход между цветами или уровнями яркости одного цвета в области анализа, тем более четким будет изображение
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.2 схематично показан комплекс и его основные узлы.
Позиции на чертежах означают: 1 - цифровой сигнальный процессор с возможностью подключения видеокамеры и интерфейсом Ethernet 100 Mb для взаимодействия с ноутбуком; 2 - цифровая камера, позволяющая получать полуградационные изображения разрешением 720×576 пикселей, используется чересстрочная развертка с фиксированным фокусным расстоянием 4 мм; 3 - источник света, сверхяркий белый светодиод L-7114QWC-D; 4 - светонепроницаемый кожух; 5 - ноутбук с предустановленными библиотеками WinPCap.
Для получения изображения поверхности 100×100 мм., исходя из параметров камеры, необходимо выдержать расстояние до объектива 90 мм.
Установка позволяет получить изображения с разным положением источника освещения, при этом источник освещения расположен под углом 45° к центру снимаемой сцены. При необходимости существует возможность получить изображения с положением источника света под любым необходимым углом.
Обработка изображений и вычисление необходимых величин шероховатости дорожного покрытия происходит аппаратно, а результирующий профиль глубины поступает на ЭВМ, где программно выполняется реконструкция и визуализация.
Дальнейший анализ полученных результатов позволяет автоматизировать процесс обработки полученных результатов с получением информации о высоте выступов, глубине впадин, расстоянии между выступами и впадинами, средней высоте шероховатости, сравнить результаты замеров выполненных в разных местах участка дороги и т.п.
Для обеспечения более точной оценки профиля дорожного покрытия необходимо, чтобы прибор располагался параллельно покрытию, что обеспечивается регулировочными винтами с помощью уровня. Исследуемая поверхность полностью закрывается от попадания солнечного или иного света. Для использования данного прибора в полевых условиях питание осуществляется от портативного аккумулятора или сети автомобиля напряжением 12 В.
Использование аппаратно-програмного комплекса позволяет уменьшить время проведения замеров в среднем в 5 раз. т.к. при использовании предлагаемого прибора достаточно одно измерение в месте замера для получения параметров шероховатости дорожного покрытия.