УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ
DEVICE FOR ESTIMATING STATE OF ROAD COVERING

Изобретение относится к области оценки транспортно-эксплуатационного состояния дорожных покрытий автомобильных дорог.
Известны устройства для определения состояния дорожного покрытия, содержащие средства подачи на поверхность дорожного покрытия лазерного излучения, установленные на транспортном средстве, которое перемещается в процессе измерений вдоль дорожного полотна, средства для приема отраженного от дороги излучения, средства обработки принятых сигналов и определения геометрических параметров профиля и неровности дорожного покрытия (патент США №8159679, МПК G01N 21/00, 2012 г., патент РФ №2397286, МПК Е01С 23/07, 2010 г.).
Основным недостатком указанных устройств является невозможность непрерывного контроля состояния дорожного покрытия в режиме реального времени, так как транспортное средство с размещенными на нем средствами лазерного излучения может осуществлять только периодический мониторинг дорожного покрытия. Кроме того, указанные устройства характеризуются сложностью аппаратно-программной реализации и достаточно высокой стоимостью.
Известно устройство для определения состояния дорожного покрытия, в котором под верхним слоем дорожного покрытия располагают контейнер с датчиками, предназначенными для измерения различных параметров дорожного покрытия. Устройство содержит средства для связи упомянутых датчиков с внешней станцией, регистрирующей и обрабатывающей сигналы датчиков (патент США №6441748, МПК G08G 1/00, 2002 г.). Недостатком указанного устройства является отсутствие средств измерения деформаций и неровностей дорожного полотна.
Известно устройство для оценки состояния дорожного покрытия по патенту РФ №2519002, МПК Е01С 23/07, 2014 г. Указанное устройство включает транспортное средство (автомобиль) с пьезоакустическими акселерометрами, установленными вертикально на неподрессоренной части автомобиля, и средства для регистрации и обработки сигналов акселерометров. В качестве критерия оценки ровности дорожного покрытия используется энергетический спектр вибровоздействий неровностей дорожного покрытия сигналов вибродатчиков.
Указанное устройство позволяет получить достаточно информативную картину состояния дорожного покрытия путем анализа частотного спектра ускорений нескольких акселерометров. Однако оно имеет тот же недостаток, что и ряд отмеченных выше технических решений - невозможность непрерывного мониторинга дорожного полотна в режиме реального времени, что обусловлено размещением используемых сенсорных устройств на мобильном транспортном средстве, осуществление контроля дорожного полотна только в зоне проезда автомобиля с установленным оборудованием. Практически оценка состояния дорожного полотна производится с определенными временными интервалами, причем оперативность выявления дефектов дорожного полотна определяется скоростью транспортного средства. В то же время в периоды, когда такие измерения не производятся, в дорожном полотне могут возникнуть дефекты (например, выбоины или ямки значительных размеров), в результате чего снижается безопасность движения, увеличиваются затраты на ремонт дорожного покрытия, появляется вероятность аварий.
В качестве ближайшего аналога заявляемого устройства принято устройство для определения состояния дорожного покрытия, содержащее средства регистрации акустических сигналов, выполненные в виде микрофона, установленного на транспортном средстве, а именно на шине колеса, и средства регистрации и обработки звуковых сигналов. По вариациям соответствующих частотных компонент звуковых сигналов микрофона оценивается размер неровностей и профиль дорожного полотна (патент Японии №3476929, МПК G01N 33/42, 2003 г.).
Основным недостатком известного устройства является невозможность контроля состояния дорожного покрытия в режиме реального времени, так как транспортное средство с установленным на нем микрофоном осуществляет только периодический мониторинг дорожного покрытия. Кроме того, устройство регистрирует только те неровности дорожного покрытия, на которые непосредственно наезжают колеса транспортного средства с установленным оборудованием в момент проведения контроля, т.е. контролем не охватывается большая часть дорожного полотна.
Как следствие, снижается безопасность движения, появляется вероятность аварий, увеличиваются затраты на ремонт дорожного покрытия вследствие выявления дефектов дорожного покрытия уже на последующих стадиях их образования.
Технический результат, достигаемый изобретением - обеспечение непрерывного мониторинга состояния дорожного покрытия с целью повышения безопасности движения и удешевления ремонта дорожного покрытия.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для оценки состояния дорожного покрытия, содержащем средства регистрации акустических сигналов, выполненные в виде микрофона, связанного со средствами регистрации и обработки сигналов, микрофон размещен вне дорожного покрытия с возможностью регистрации шумовых характеристик транспортного потока.
Указанный технический результат достигается также тем, что микрофон расположен над дорожным покрытием.
Указанный технический результат достигается также тем, что микрофон установлен на опорах освещения.
Указанный технический результат достигается также тем, что микрофон установлен в фонарях освещения.
Указанный технический результат достигается также тем, что средства регистрации и обработки сигналов размещены за пределами дорожного покрытия.
Указанный технический результат достигается также тем, что средства регистрации и обработки сигналов установлены на опорах освещения.
Указанный технический результат достигается также тем, что средства регистрации и обработки сигналов установлены в фонарях освещения.
Указанный технический результат достигается также тем, что устройство снабжено вибродатчиками, размещенными под дорожным покрытием, на укрепленной части обочины дороги, при этом вибродатчики расположены в зоне приема их сигналов средствами регистрации и обработки сигналов.
Указанный технический результат достигается также тем, что вибродатчики выполнены в виде пьезоакустических акселерометров.
Указанный технический результат достигается также тем, что средства регистрации и обработки сигналов включают устройство нормализации сигнала микрофона, преобразователь беспроводного интерфейса для приема сигнала пьезоакустических акселерометров, микропроцессор, соединенный своим входом с выходами устройства нормализации и преобразователя, и преобразователи стандартного цифрового интерфейса в формат front-end или в беспроводную сеть, связанные с микропроцессором.
Изобретение иллюстрируется чертежами.
На фиг. 1 схематически изображено заявляемое устройство, на фиг. 2 - блок-схема средств регистрации и обработки сигнала.
Устройство для оценки состояния дорожного покрытия включает средства регистрации акустических сигналов, выполненные в виде микрофона 1, расположенного вне дорожного покрытия 2, над ним, с возможностью регистрации шумовых характеристик транспортного потока, в том числе звуковых импульсов, возникающих при проезде автотранспорта по дефектам (неровностям) дорожного покрытия.
Акустический микрофон 1 устанавливается, например, на столбах или на опорах освещения 3. В последнем случае микрофон может быть размещен непосредственно в фонарях (плафонах) освещения.
Устройство для оценки состояния дорожного покрытия может также содержать вибродатчики 4, выполненные в виде пьезоакустических акселерометров, которые размещены вне зоны интенсивного движения автотранспорта (вне проезжей части), на обочине дороги, а именно на укрепленной части обочины автомобильной дороги, которая, согласно ГОСТ 52399-2005 определяется как часть обочины, имеющая дорожное полотно. Пьезоакустические акселерометры 4 реализуются в беспроводном исполнении, они устанавливаются в уже уложенное дорожное покрытие путем, например, сверления шурфов или фрезерования асфальта. Обеспечение электропитания акселерометров 4 может осуществляться, в том числе, за счет прямого пьезоэффекта при возникновении вибраций от проезда автотранспорта.
Размещение пьезоакустических акселерометров 4 вне проезжей части дороги на прилегающей к ней обочине, которая, как и основная часть дороги, имеет дорожное полотно, позволяет практически регистрировать только реакцию дефекта дорожного полотна - вибрационные колебания, распространяющиеся в дорожном полотне при наезде колес автотранспорта на неровность дороги, и исключить из рассмотрения вибрационные колебания, обусловленные воздействием непосредственно колес автотранспорта на ровное дорожное покрытие.
Устройство для оценки состояния дорожного покрытия также содержит средства регистрации и обработки сигналов 5, включающие устройство нормализации информационного сигнала 6, подсоединенное к микрофону 1, преобразователь беспроводного интерфейса (RFID, Bluetooth и т.д.) 7 для приема информационного сигнала от пьезоакустических акселерометров 4, микропроцессор 8, выходы которого подключены к входам устройства нормализации 6 и преобразователя 7, и преобразователи 9 и 10 стандартного (Usb, Ethernet, RS-232 и т.д.) цифрового интерфейса в формат front-end (передача данных по сети переменного тока 220 В, 50 Гц), или в беспроводную сеть Wi-fi, связанные с микропроцессором 8.
Средства регистрации и обработки сигналов 5 размещены за пределами дорожного покрытия и могут быть установлены, например, на столбах или опорах освещения. В последнем случае упомянутые средства 5 могут быть размещены непосредственно в фонарях (плафонах) освещения, при этом сеть электропитания фонарей может использоваться в качестве линии связи по формату front-end.
Пьезоакустические акселерометры 4 располагаются под дорожным покрытием таким образом, чтобы обеспечить возможность приема их сигналов, по крайней мере, одним преобразователем 7. Или, говоря иначе, каждый акселерометр 4 находится в зоне регистрации сигнала хотя бы одного преобразователя 7.
Принцип действия заявляемого устройства состоит в регистрации звуковых и ударных импульсов, которые формируются при возникновении дефектов дорожного покрытия вследствие проезда по нему автотранспорта.
При проезде по дорожному покрытию автотранспорта в нем образуются различные дефекты (ямы, трещины, наплывы, наледь и т.д.). Эти дефекты в виде звуковых импульсов (шума) регистрируются акустическими микрофоном 1. Возникающие одновременно с ними ударные импульсы (вибрационные колебания) распространяются в дорожном покрытии и регистрируются в широкой полосе частот (от сотых долей Гц до десятков кГц) пьезоакустическими акселерометрами 1.
Средства регистрации и обработки сигналов 5 осуществляют сбор информации с микрофона 1 и с пьезоакустических акселерометров 4 в зоне их действия. Выходной сигнал микрофона 1 преобразуется в цифровой формат устройством нормализации 6. Поступающий от пьезоакустических акселерометров 4 сигнал в беспроводном режиме регистрируется преобразователем 7 и преобразуется в цифровой формат. С устройства нормализации 7 и преобразователя 6 информационные сигналы поступают в микропроцессор 8, где по алгоритмам цифровой обработки происходит выделение из потока информационных сигналов, регистрируемых при воздействии проезжающего автотранспорта на дефекты дорожного полотна. По количеству выделенных сигналов, соответствующих дефектам дороги, регистрируемым в зоне действия микрофона 1 и пьезоакустических акселерометров 4, проводится оценка состояния дорожного полотна.
С выхода микропроцессора 8 посредством преобразователей 9 и 10 информация передается удаленным пользователям по двухпроводной линии с наложением информационного сигнала на электропитание или по беспроводному интерфейсу.
По сравнению с устройством, принятым в качестве ближайшего аналога, предлагаемое устройство позволяет в режиме реального времени контролировать целостность дорожного полотна на заданном участке дороги, обеспечивая непрерывный мониторинг состояния дорожного покрытия и, таким образом, повышая безопасность движения и снижая издержки на ремонт дорожного полотна за счет своевременного обнаружения дефектов и возможности их устранения на ранней стадии развития дефектов.
Использование предлагаемого устройства позволяет также прогнозировать срок необходимого ремонта. Автоматическое архивирование данных за длительный период времени дает возможность не только контроля дорожной обстановки в реальном времени, но и прогноза развития дорожной ситуации на заданных отрезках дороги в заданном диапазоне времени.
Совместное применение акустического датчика (микрофона) и пьезоакустических акселерометров и микрофонов позволяет повысить достоверность контроля за счет совмещения двух взаимодополняющих методов.