СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ПОКРЫТИЯ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR MEASUREMENT AND REGISTRATION OF ROAD SURFACE COATING OPERATION DATA AND FUNCTIONAL COMPLEX FOR ITS REALISATION

Изобретения относятся к области строительства и эксплуатации улично-дорожных сетей, а также к средствам и способам комплексной диагностики эксплуатационных показателей объектов дорожного хозяйства и организации мониторинга за их технико-эксплуатационным состоянием в режиме реального времени.
Из уровня техники известен способ измерения и регистрации технико-эксплуатационных показателей поверхности покрытия дорожной одежды, в процессе которого осуществляют мониторинг улично-дорожной сети посредством передвижной дорожной лаборатории. Лабораторию оснащают контрольно-измерительной системой с функциональным комплексом на основе оптико-механической компоненты. Для осуществления мониторинга упомянутую систему стационарно устанавливают на базовом транспортном средстве и функционально связывают выходные каналы соответствующих подсистем контрольно-измерительной системы с бортовым вычислительным комплексом. Упомянутый комплекс функционально является средством обработки полученной информации и передачи результатов обработки на центральную ЭВМ в режиме реального времени (RU, №2170298, C2, 2001 г., кл. E01C 23/07).
Из уровня техники известен функциональный комплекс для измерения и регистрации технико-эксплуатационных показателей поверхности покрытия дорожной одежды в процессе осуществления мониторинга улично-дорожной сети. Данный комплекс включает предназначенную для стационарной установки на базовом транспортном средстве оптико-механическую компоненту, функционально являющуюся составляющей частью комплексной контрольно-измерительной системы. Выходные каналы соответствующих подсистем оптико-механической компоненты функционально связаны с бортовым вычислительным комплексом. Упомянутый комплекс функционально является средством обработки полученной информации и передачи результатов обработки на центральную ЭВМ в режиме реального времени (RU, №2170298, C2, 2001 г., кл. E01C 23/07).
К недостаткам данных известных из уровня техники технических решений (как в отношении объекта «способ», так и в отношении объекта «устройство») можно отнести ограниченные эксплуатационные возможности вследствие:
- отсутствия дублирующих функционально схожих, но структурно различных подсистем измерения и регистрации идентичных технико-эксплуатационных показателей дорожного объекта, в результате чего снижаются показатели достоверности и точности результатов исследования за счет исключения возможности получения усредненных параметров упомянутых идентичных показателей на базе данных, полученных несколькими структурно различными подсистемами контрольно-измерительной системы;
- обеспечения контроля и регистрации исключительно одного технико-эксплуатационного параметра дорожного объекта;
- отсутствия возможности контроля и регистрации состояния элементов обустройства дорожного объекта, в том числе подземных и надземных коммуникаций.
В основу заявленных технических решений была поставлена задача расширения функциональных возможностей передвижной дорожной лаборатории посредством обеспечения комплексного контроля и регистрации ряда основных технико-эксплуатационных параметров дорожных одежд (а также контроля и регистрации состояния элементов обустройства дорожного объекта) в реальном режиме времени при повышении точности и достоверности измерения и привязки к относительной и абсолютной системам координат (посредством использования дублирующих функционально схожих, но структурно различных подсистем для осуществления исследования идентичных показателей), а также повышении производительности процесса комплексного мониторинга улично-транспортной сети в целом посредством расширения номенклатуры функционально-технологических средств контроля и регистрации, синхронно работающих в процессе осуществления мониторинга.
Таким образом, технический результат - повышение точности и достоверности результатов измерений при повышении производительности.
Кроме того, еще одной технической задачей (обеспечиваемой посредством заявленного способа) является обеспечение возможности функционирования с заданной точностью и разрешающей способностью таких подсистем, как подсистемы регистрации дефектов проезжей части и элементов обустройства дорожного полотна (функционально являющейся средством двухмерной оценки упомянутых дефектов дорожного покрытия) и подсистемы регистрации состояния обустройства дорожного объекта (функционально являющейся средством оценки состояния элементов обустройства справа, слева и сверху от траектории движения базового транспортного средства) в условиях освещенности элементов дорожного объекта, не соответствующих заданным параметрам освещенности (регламентируемым свойствами оптоэлектронных каналов линейных камер сканирования соответствующей подсистемы), за счет использования в указанных подсистемах средств (определенной конструкции) локальной подсветки исследуемых зон поверхностей элементов дорожного объекта без ухудшения условий повседневной регулярной эксплуатации дорожного объекта иными транспортными средствами (т.е. исключается возможность создания на дорожном объекте аварийных ситуаций в процессе осуществления мониторинга).
То есть дополнительный технический результат - обеспечение заданных параметров освещенности исследуемых структурных элементов дорожного объекта в условиях естественной освещенности, не соответствующей заданным параметрам освещенности, регламентируемым свойствами оптоэлектронных каналов линейных камер сканирования соответствующей подсистемы, что повышает точность и достоверность результатов измерений.
Поставленная задача в отношении объекта изобретения «способ» решается посредством того, что в способе измерения и регистрации технико-эксплуатационных показателей поверхности покрытия дорожной одежды, в процессе которого осуществляют мониторинг улично-дорожной сети посредством передвижной дорожной лаборатории, которую оснащают контрольно-измерительной системой с функциональным комплексом на основе оптико-механической компоненты; для чего упомянутую систему стационарно устанавливают на базовом транспортном средстве и функционально связывают выходные каналы соответствующих подсистем контрольно-измерительной системы с бортовым вычислительным комплексом (функционально являющимся средством обработки полученной информации и передачи результатов обработки на центральную ЭВМ в режиме реального времени), согласно изобретению, в качестве исследуемых показателей выбирают, по меньшей мере, физико-химические показатели покровного слоя (включая его толщину) дисперсной системы, образующейся на поверхности покрытия дорожной одежды (преимущественно, под воздействием искусственно наносимой в зимнее время антигололедной композиции); процессы качественного и количественного анализа химического состава дисперсных фаз (растворенных в дисперсной среде) упомянутой дисперсной системы осуществляют в режиме экспресс-анализа спектрально-оптическими методами одновременно несколькими функционально схожими, но структурно различными подсистемами функционального комплекса; при этом конечный результат экспресс-анализа формируют на основе усреднения величин идентичных показателей (независимо полученных посредством структурно различных подсистем упомянутого функционального комплекса контрольно-измерительной системы); для чего в составе последней используют, по меньшей мере:
- подсистему оптического определения и регистрации исследуемых физико-химических показателей (включая толщину покровного слоя), которую организуют на основе импульсного источника оптического излучения (направленного под заданным углом к поверхности исследуемого покровного слоя) и приемника отраженного излучения;
- первую и вторую подсистемы спектрального экспресс-анализа, каждую из которых организуют на основе собственного оптического газоанализатора и импульсных оптических излучателей различного диапазона длин волн, а именно в виде квантового генератора в первой подсистеме и в виде светодиодного излучателя во второй подсистеме, которые функционально являются средствами трансформации фазового состояния вещества дисперсной системы покровного слоя (в зоне импульсного экспонирования этого слоя генерируемыми вышеуказанными излучателями потоками излучения) в пыле-, газо-, парообразную смесь, которую транспортируют в рабочие камеры газоанализаторов, причем упомянутую трансформацию осуществляют преимущественно в режиме оптически реализуемого взрыва, ударную волну которого искусственно, конструктивными средствами направляют в зону соответствующих рабочих камер газоанализаторов, функционально используя кинетическую энергию этой волны в качестве средства направленной транспортировки упомянутой пыле-, газо-, парообразной смеси в зону исследования;
кроме того, в упомянутом функциональном комплексе контрольно-измерительной системы используют подсистему организации химического анализа вещества покровного слоя дисперсной системы в лабораторных условиях, сформированную на основе вакуумного насоса и блока кассетных накопителей; посредством данной подсистемы (в процессе указанного экспресс-анализа в промежутки времени между импульсами оптических излучателей первой и/или второй подсистем спектрального анализа) осуществляют отбор проб вещества упомянутого покровного слоя дисперсной системы в естественном фазовом состоянии; причем структурные элементы данной подсистемы (в частности, вакуумный насос с его транспортировочными магистралями) и подсистем спектрального экспресс-анализа пространственно и конструктивно организуют на базовом транспортном средстве таким образом, что упомянутый вакуумный насос одновременно используют и в качестве дополнительного средства направленной транспортировки упомянутой пыле-, газо-, парообразной смеси в рабочие камеры оптических газоанализаторов в процессе осуществления экспресс-анализа; причем результаты лабораторного анализа исследуемого вещества дисперсной системы используют для окончательной корректировки усредненных результатов, полученных на основе экспресс-анализа.
Целесообразно в качестве оптического квантового генератора в первой подсистеме спектрального экспресс-анализа использовать углекислотный лазерный генератор излучения ИК-диапазона длин волн.
Целесообразно в качестве оптического светодиодного излучателя во второй подсистеме спектрального экспресс-анализа использовать светодиод с диапазоном длин волн излучения белого цвета.
Оптимально в качестве конструктивного средства, посредством которого искусственно направляют ударную волну в зону рабочей камеры газоанализатора, использовать открытые со стороны исследуемого покровного слоя дисперсной системы кожухи, полости которых пространственно отделяют одну от другой, а оптические излучатели подсистем спектрального экспресс-анализа размещают в соответствующих полостях этих кожухов, которые одновременно функционально используют и в качестве средства защиты участников движения от воздействия генерируемого излучения высокой мощности.
Разумно в процессе режима эксплуатации функционального комплекса обеспечивать защиту от загрязнения оптических структур его оптико-механической компоненты от пыле-, газо-, парообразной смеси исследуемого вещества покровного слоя дисперсной системы, а также иных негативных факторов, для чего указанные структуры размещают в каналах подачи сжатого воздуха, направление потока которого организуют по направлению распространения генерируемых оптическими структурами потоков излучения, за исключением приемника отраженного излучения подсистемы оптического определения и регистрации исследуемых показателей, для которого направление указанного воздушного потока организуют против направления распространения отраженного потока излучения.
Целесообразно в процессе направленной транспортировки пыле-, газо-, парообразной смеси исследуемого вещества покровного слоя дисперсной системы в рабочие камеры газоанализаторов осуществлять сепарацию этой смеси, посредством чего обеспечивается ее очистка от твердых частиц, например песка, не изменивших своего исходного фазового состояния в процессе экспонирования импульсными оптическими излучателями.
В процессе функционирования подсистемы организации химического анализа вещества покровного слоя дисперсной системы в лабораторных условиях целесообразно осуществлять прогрев поверхности дорожного покрытия в области отбора пробы исследуемого вещества с возможностью образования между этой поверхностью и покровным слоем дисперсной системы разделительного слоя в жидкой фазе, для чего используют импульсный источник ИК-излучения.
Разумно в подсистеме организации химического анализа вещества покровного слоя дисперсной системы в лабораторных условиях использовать вакуумный насос с регулируемой мощностью всасывания, при этом в период отбора проб исследуемого покровного слоя вещества дисперсной системы в естественном агрегатном состоянии мощность всасывания необходимо увеличивать до необходимой величины, обеспечивающей реализацию его функции транспортировки упомянутого вещества в данных условиях.
Допустимо контрольно-измерительную систему формировать комплексной и оснащать дополнительной оптической компонентой, которую формируют на основе, по меньшей мере:
- подсистемы регистрации дефектов проезжей части дорожного объекта и элементов ее обустройства, функционально являющейся средством двухмерной оценки упомянутых дефектов и элементов обустройства, включающей линейную камеру сканирования;
- подсистемы регистрации состояния обустройства дорожного объекта, функционально являющейся средством оценки состояния элементов обустройства справа, слева и сверху от траектории движения базового транспортного средства, включающей, по меньшей мере, две линейные камеры бокового сканирования;
Данные подсистемы устанавливают на раме для монтажа функциональных средств оптической компоненты контрольно-измерительной системы с возможностью попадания в их поле зрения упомянутых контролируемых элементов дорожного объекта.
По меньшей мере, одну из упомянутых подсистем оптической компоненты контрольно-измерительной системы оснащают средством локальной подсветки исследуемых зон поверхностей элементов дорожного объекта в условиях их освещенности, не соответствующих заданным параметрам освещенности, регламентируемым свойствами оптоэлектронных каналов линейных камер сканирования соответствующей подсистемы. Данное средство локальной подсветки конструктивно и пространственно организуют с возможностью формирования в поле зрения объективов упомянутых линейных камер сканирования светового потока с геометрией поперечного сечения в виде полосы света с заданным распределением освещенности по длине и ширине формируемой полосы света. При этом ширину упомянутой полосы рассчитывают из условия обеспечения исключения ослепления участников движения в момент пересечения сформированной полосы света в процессе регулярного дорожного движения с законодательно разрешенной скоростью.
Средство двухмерной оценки дефектов и элементов обустройства дорожного покрытия, включающее линейную камеру сканирования, размещают преимущественно в области передней консольной части рамы для монтажа функциональных средств оптической компоненты контрольно-измерительной системы, а структурные элементы этого средства конструктивно и пространственно организуют с возможностью обеспечения регистрации соответствующих упомянутых дефектов на ширине дорожного покрытия до 12 м с точностью в поперечном и продольном направлениях 10 мм.
Линейные камеры бокового сканирования средства оценки состояния объектов обустройства справа, слева и сверху от траектории движения базового транспортного средства размещают, например, в центральной части рамы для монтажа функциональных средств оптической компоненты контрольно-измерительной системы по разные стороны от ее продольной оси, а структурные элементы этого средства конструктивно и пространственно организуют с возможностью обеспечения регистрации состояния соответствующих контролируемых объектов справа, слева и сверху от траектории движения базового средства на расстоянии 6 м с точностью до 10 мм.
В процессе мониторинга улично-дорожной сети целесообразно осуществлять построение микропрофиля дорожного покрытия в продольном направлении, для чего в состав контрольно-измерительной системы дополнительно включают подсистему замера продольной ровности дорожного объекта, конструкцию которой оснащают, по меньшей мере, одним лазерным датчиком измерения продольной ровности и датчиками ускорения этой подсистемы в количестве, соответствующем количеству лазерных датчиков и функционально связанных с соответствующими лазерными датчиками.
Оптимально в составе конструкции подсистемы замера продольной ровности использовать два лазерных датчика измерения продольной ровности и, соответственно, два датчика ускорения. Каждую пару структурных элементов лазерный датчик - датчик ускорения размещают на боковом участке рамы базового транспортного средства в области заднего моста по разные стороны от продольной оси рамы, преимущественно в створе колеи транспортного средства. При этом структурные элементы этой подсистемы конструктивно и пространственно организуют с возможностью обеспечения регистрации микропрофиля дорожного покрытия в продольном направлении с шагом не менее 125 мм и точностью 0,1 мм.
В процессе мониторинга улично-дорожной сети целесообразно также осуществлять трехмерное построение микропрофиля дорожного покрытия в поперечном направлении. Для чего в состав контрольно-измерительной системы дополнительно включают подсистему замера поперечной ровности дорожного объекта, конструкцию которой оснащают, по меньшей мере, одним лазерным генератором линии объемного сканирования и камерой объемного сканирования, которые устанавливают на раме для монтажа функциональных средств оптической компоненты контрольно-измерительной системы.
Наиболее оптимально в составе конструкции вышеуказанной подсистемы замера поперечной ровности использовать два лазерных генератора линии объемного сканирования, которые устанавливают, например, в передней части консоли рамы для монтажа функциональных средств оптической компоненты контрольно-измерительной системы с возможностью формирования линии объемного сканирования, например, впереди базового транспортного средства, а камеру объемного сканирования этого средства размещают на упомянутой раме с возможностью расположения линии объемного сканирования в пределах угла зрения ее объектива. При этом структурные элементы этой подсистемы конструктивно и пространственно организуют с возможностью обеспечения регистрации и построения микропрофиля дорожного покрытия в поперечном направлении на ширине до 12 м с точностью 2 мм.
Разумно в процессе мониторинга улично-дорожной сети осуществлять линейную привязку результатов измерений (полученных при работе всех вышеуказанных подсистем) к относительной и абсолютной системам координат. Для чего в состав контрольно-измерительной системы дополнительно включают подсистемы относительного и абсолютного позиционирования. Первая из которых функционально является средством линейной привязки результатов измерений (полученных при работе всех вышеуказанных подсистем) к относительной системе координат, в состав конструкции которого включают энкодер. А вторая - средством привязки результатов измерений (полученных при работе всех вышеуказанных подсистем) к абсолютной системе координат, в состав конструкции которого включают спутниковую навигационную систему.
Как правило, контрольно-измерительную систему оснащают оптической станиной, которую устанавливают на раме для монтажа, по меньшей мере, части функциональных средств оптической компоненты контрольно-измерительной системы на виброопорах, а функциональные элементы соответствующих подсистем устанавливают непосредственно на оптической станине (в том числе и на индивидуальных виброопорах).
Поставленная задача в отношении объекта изобретения «устройство» решается посредством того, что в функциональном комплексе для измерения и регистрации технико-эксплуатационных показателей поверхности покрытия дорожной одежды в процессе осуществления мониторинга улично-дорожной сети, включающем предназначенную для стационарной установки на базовом транспортном средстве оптико-механическую компоненту (функционально являющуюся составляющей частью комплексной контрольно-измерительной системы), выходные каналы соответствующих подсистем которой функционально связаны с бортовым вычислительным комплексом (функционально являющимся средством обработки полученной информации и передачи результатов обработки на центральную ЭВМ в режиме реального времени), согласно изобретению оптико-механическая компонента функционально является средством дублирующего исследования физико-химических показателей покровного слоя (включая его толщину) дисперсной системы, образующейся на поверхности покрытия дорожной одежды (преимущественно под воздействием искусственно наносимой в зимнее время антигололедной композиции); оптико-механическая компонента включает, по меньшей мере:
- подсистему оптического определения и регистрации исследуемых показателей (включая толщину покровного слоя), которая организована на основе импульсного источника оптического излучения, главная оптическая ось излучающей структуры которого направлена под заданным углом к поверхности исследуемого покровного слоя, и приемника отраженного излучения;
- первую и вторую подсистемы спектрального экспресс-анализа, каждая из которых организована на основе собственного оптического газоанализатора и импульсных оптических излучателей различного диапазона длин волн, а именно в виде квантового генератора в первой подсистеме и в виде светодиодного излучателя во второй подсистеме, которые функционально являются средствами трансформации фазового состояния вещества дисперсной системы покровного слоя в зоне импульсного экспонирования этого слоя генерируемыми вышеуказанными излучателями потоками излучения в пыле-, газо-, парообразную смесь, предназначенную для транспортировки в рабочие камеры газоанализаторов, причем используются оптические излучатели такой мощности, энергии которых (генерируемой за период импульса излучения) достаточно для осуществления упомянутой трансформации (преимущественно, в режиме оптически реализуемого взрыва); кинетическая энергия ударной волны этого взрыва функционально является средством транспортировки упомянутой пыле-, газо-, парообразной смеси в зону исследования (т.е. в область рабочей камеры газоанализатора), причем заданная направленность ударной волны обеспечивается посредством оснащения оптико-механической компоненты механическими средствами, конструктивно и пространственно организованными с возможностью практической реализации этой функции; кроме того, оптико-механическая компонента оснащена подсистемой организации химического анализа вещества покровного слоя дисперсной системы в лабораторных условиях, организованной на основе вакуумного насоса и блока кассетных накопителей, которая выполнена с возможностью отбора проб вещества покровного слоя дисперсной системы в естественном фазовом состоянии в процессе вышеуказанного экспресс-анализа в промежутки времени между импульсами оптических излучателей первой и второй подсистем спектрального анализа; причем структурные элементы данной подсистемы, в частности вакуумный насос с его транспортировочными магистралями, и подсистем спектрального анализа структурно и конструктивно организованы на базовом транспортном средстве таким образом, что упомянутый вакуумный насос одновременно функционально является и дополнительным средством обеспечения направленной транспортировки упомянутой пыле-, газо-, парообразной смеси в рабочие камеры оптических газоанализаторов в процессе осуществления экспресс-анализа.
Целесообразно в качестве оптического квантового генератора в первой подсистеме спектрального экспресс-анализа использовать углекислотный лазерный генератор излучения ИК-диапазона длин волн.
Целесообразно в качестве оптического светодиодного излучателя во второй подсистеме спектрального экспресс-анализа использовать светодиод с диапазоном длин волн излучения белого цвета.
Оптимально в качестве конструктивного средства, посредством которого искусственно обеспечивается направленность ударной волны в зону рабочих камер газоанализаторов, использовать открытые со стороны исследуемого покровного слоя дисперсной системы кожухи, полости которых пространственно отделены одна от другой, а оптические излучатели подсистем спектрального экспресс-анализа размещать в полостях этих кожухов, которые одновременно функционально используются и в качестве средств защиты участников движения от воздействия генерируемого излучения высокой мощности.
Разумно функциональный комплекс оснащать средствами защиты от загрязнения оптических структур его оптико-механической компоненты от пыле-, газо-, парообразной смеси исследуемого вещества покровного слоя дисперсной системы, а также иных негативных факторов, которые выполнены в виде каналов подачи сжатого воздуха, а указанные структуры размещать в этих каналах таким образом, чтобы направление потока сжатого воздуха совпадало по направлению с распространением генерируемых оптическими структурами потоков излучения, за исключением приемника отраженного излучения подсистемы оптического определения и регистрации исследуемых показателей, для которого канал организован с возможностью обеспечения направления указанного воздушного потока против направления распространения отраженного потока излучения.
Оптимально оптико-механическую компоненту оснащать сепаратором, конструктивно и пространственно организованным в ней с возможностью осуществления в процессе направленной транспортировки пыле-, газо-, парообразной смеси исследуемого вещества покровного слоя дисперсной системы в рабочие камеры газоанализаторов сепарации этой смеси с обеспечением возможности ее очистки от твердых частиц, например песка, не изменивших своего исходного фазового состояния в процессе экспонирования импульсными оптическими излучателями.
Подсистема организации химического анализа вещества покровного слоя дисперсной системы в лабораторных условиях может быть оснащена средством прогрева поверхности дорожного покрытия в области отбора пробы исследуемого вещества с возможностью образования между этой поверхностью и покровным слоем дисперсной системы разделительного слоя в жидкой фазе, которое выполнено в виде импульсного источника ИК-излучения заданной мощности, обеспечивающей реализацию его функции.
В подсистеме организации химического анализа вещества покровного слоя дисперсной системы в лабораторных условиях целесообразно использовать вакуумный насос с регулируемой мощностью всасывания, при этом его предельная мощность выбирается из условия обеспечения отбора проб исследуемого покровного слоя вещества дисперсной системы в естественном фазовом состоянии.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленных изобретений, позволил установить, что не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками и связями между ними, идентичными всем существенным признакам заявленных технических решений, а выбранные из перечня выявленных аналогов прототипы, как наиболее близкие по совокупности признаков аналоги, позволили выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявленных объектах изобретений, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленные технические решения соответствуют условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству.
Для проверки соответствия заявленных изобретений требованию условию патентоспособности «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных технических решений, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленных изобретений, результаты которого показывают, что заявленные изобретения не следуют для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленных изобретений преобразований на достижение усматриваемого заявителем технического результата.
В частности, заявленными изобретениями не предусматриваются следующие преобразования известных объектов-прототипов:
- дополнение известного объекта каким-либо известным признаком, присоединяемым к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
- замена какого-либо признака известного объекта другим известным признаком для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- исключение какого-либо признака известного объекта с одновременным исключением обусловленной наличием этого признака функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;
- увеличение количества однотипных признаков в известном объекте для усиления технического результата, обусловленного наличием в объекте именно таких признаков;
- выполнение известного объекта или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала;
- создание объекта, включающего известные признаки, выбор которых и связь между ними осуществлены на основании известных правил, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами признаков этого объекта и связей между ними.
Следовательно, заявленные изобретения соответствуют требованию условия патентоспособности «изобретательский уровень» по действующему законодательству.
Изобретения иллюстрируются графическими материалами.
Фиг.1 - схема компоновки подсистем АДС-МАДИ на базовом транспортном средстве (вид сбоку).
Фиг.2 - схема компоновки подсистем АДС-МАДИ на базовом транспортном средстве (вид спереди).
Фиг.3 - общая схема средства локальной подсветки (продольный разрез).
Фиг.4 - сечение А-А по фиг.3.
Фиг.5 - общий вид электронной лампы средства локальной подсветки (штриховкой обозначена зеркальная отражающая часть внешней колбы лампы).
Фиг.6 и Фиг.7 - ход падающих и отраженных лучей в электронной лампе при различных вариантах геометрии профиля поперечного сечения внешней колбы.
Фиг.8 и Фиг.9 - фотоснимки общего вида АДС-МАДИ в эксплуатационной компоновке функциональных блоков и подсистем регистрационно-измерительного комплекса на базовом транспортном средстве в различных ракурсах.
Фиг.10 - фотоснимок АДС-МАДИ в процессе использования средства локальной подсветки (полоса света формируемая средством локальной подсветки посредством трансформации исходного светового потока четко просматривается, даже в черно-белом изображении).
Фиг.11 - общая схема компоновки и взаимосвязи структур оптико-механической компоненты функционального комплекса контрольно-измерительной системы для реализации способа.
Агрегаты, блоки, подсистемы контрольно-измерительной системы передвижной дорожной лаборатории и их структурные элементы в графических материалах обозначены следующими позициями:
1 - средство (базовое транспортное);
2 - комплекс (бортовой вычислительный);
3 - место (рабочее оператора);
4 - электростанция (бортовая);
5 - рама (для монтажа, по меньшей мере, части функциональных средств оптической компоненты регистрационно-измерительной системы);
6 - датчик лазерный (подсистемы измерения продольной ровности дорожного объекта);
7 - датчик ускорения (подсистемы измерения продольной ровности дорожного объекта, функционально связанный с лазерным датчиком 6);
8 - датчик лазерный (подсистемы измерения продольной ровности дорожного объекта);
9 - датчик ускорения (подсистемы измерения продольной ровности дорожного объекта, функционально связанный с лазерным датчиком 8);
10 - камера линейная (подсистемы регистрации дефектов проезжей части и элементов обустройства дорожного полотна);
12 - камера линейная бокового сканирования (подсистемы регистрации состояния обустройства дорожного объекта справа, слева и сверху);
13 - камера линейная бокового сканирования (подсистемы регистрации состояния обустройства дорожного объекта справа, слева и сверху);
14 - генератор лазерный линии объемного сканирования (подсистемы замера поперечной ровности дорожного объекта);
15 - генератор лазерный линии объемного сканирования (подсистемы замера поперечной ровности дорожного объекта);
16 - камера объемного сканирования (подсистемы замера поперечной ровности дорожного объекта);
17 - георадар (коротковолновый с диапазоном зондирования- 0,05-1,0 м);
18 - георадар (длинноволновый с диапазоном зондирования - 0,5-10,0 м);
19 - система (спутниковая навигационная);
20 - средство (локальной подсветки исследуемых зон поверхностей элементов дорожного объекта);
21 - поток световой (генерируемый средством 20 локальной подсветки);
22 - сечение (поперечное светового потока 21 на поверхности исследуемой зоны элемента дорожного объекта, например дорожного полотна);
23 - полоса (формируемая световым потоком 21 на поверхности исследуемой зоны элемента дорожного объекта, например дорожного полотна);
24 - источник света (электронный);
25 - корпус полый (электронного источника 24 света);
26 - окно (полого корпуса 25 для распространения светового потока 21, генерируемого источником 24 света);
27 - лампа высокого давления (электронного источника 24 света);
28 - горелка (лампы 27 высокого давления);
29 - токоподводы (к горелке 28);
30 - колба (внешняя лампы 27 высокого давления);
31 - ножка (внешней колбы 30 лампы 27 высокого давления);
32 - цоколь (лампы 27 высокого давления);
33 - слой зеркальный (нанесенный на часть внутренней поверхности колбы 30 лампы 27 высокого давления);
34 - ось (продольная горелки 28 лампы 27 высокого давления);
35 - коллиматор (например, щелевой средства 20 локальной подсветки исследуемых зон поверхностей элементов дорожного объекта);
36 - набор (пластин коллиматора 35);
37 - пластины (набора 36 коллиматора 35);
38 - поверхность (отражающая или поглощающая /зачерненная/ пластины 37);
39 - амортизаторы (приборные для вертикальной подвески средства 20 локальной подсветки);
40 - компонента (оптико-механическая);
41 - источник (импульсного оптического излучения);
42 - приемник (отраженного от покровного слоя 11 излучения);
43 - газоанализатор (оптический);
44 - генератор (квантовый первой подсистемы спектрального экспресс-анализа);
45 - излучатель (светодиодный второй подсистемы спектрального экспресс-анализа);
46 - насос (вакуумный);
47, 48 - секции (вакуумного насоса 46);
49 - блок (кассетных накопителей 50 и 51);
50, 51 - накопители (кассетные);
52 - средство (распределительное);
53 - кожух;
54 - фильтр;
55 - источник (импульсный ИК-излучения);
56 - газоанализатор (оптический);
57, 58 - полости (кожуха 53).
Заявленный способ измерения и регистрации технико-эксплуатационных показателей поверхности покрытия дорожной одежды заключается в следующем.
В процессе реализации способа осуществляют мониторинг улично-дорожной сети посредством передвижной дорожной лаборатории (АДС-МАДИ), включающей базовое транспортное средство 1, бортовой вычислительный комплекс 2, рабочее место 3 оператора, бортовую электростанцию 4. Передвижную дорожную лабораторию (АДС-МАДИ) оснащают контрольно-измерительной системой с функциональным комплексом на основе оптико-механической компоненты 40. Упомянутую систему стационарно устанавливают на базовом транспортном средстве 1 и функционально связывают выходные каналы соответствующих подсистем контрольно-измерительной системы с бортовым вычислительным комплексом 2. Вычислительный комплекс 2 функционально является средством обработки полученной информации и передачи результатов обработки на центральную ЭВМ в режиме реального времени.
В качестве исследуемых технико-эксплуатационных показателей поверхности покрытия дорожной одежды (в частности, посредством оптико-механической компоненты 40) выбирают, по меньшей мере, физико-химические показатели покровного слоя 11 (включая его толщину) дисперсной системы, образующейся на поверхности покрытия дорожной одежды (преимущественно, под воздействием искусственно наносимой в зимнее время антигололедной композиции). Процессы качественного и количественного анализа химического состава дисперсных фаз (растворенных в дисперсной среде) упомянутой дисперсной системы осуществляют в режиме экспресс-анализа спектрально-оптическими методами одновременно несколькими функционально схожими, но структурно различными подсистемами функционального комплекса. При этом конечный результат экспресс-анализа формируют на основе усреднения величин идентичных показателей, независимо полученных посредством структурно различных подсистем компоненты 40 упомянутого функционального комплекса контрольно-измерительной системы. В составе последней используют, по меньшей мере, следующие подсистемы.
Подсистему оптического определения и регистрации исследуемых физико-химических показателей (включая толщину покровного слоя 11) организуют на основе импульсного источника 41 (например, лидара) оптического излучения (направленного под заданным углом к поверхности исследуемого покровного слоя 11) с приемником 42 отраженного излучения.
Данная подсистема позволяет осуществлять измерения и регистрацию толщины слоя 11 дисперсной системы, а также осуществлять качественный и количественный физико-химический анализ дисперсных фаз этой системы, распределенных в дисперсионной среде (т.е. определять химический состав и концентрацию компонентов /элементов и соединений/, входящих в дисперсную систему).
Принцип действия оптических структур данной подсистемы с физической точки зрения основан на основных законах линейной оптики, т.е. законах отражения и преломления на границе раздела двух неоднородных сред (в части определения толщины слоя исследуемой дисперсной системы), а также на изменении коэффициентов поглощения и преломления в зависимости от химического состава, оптической плотности и прозрачности вещества исследуемой дисперсной системы.
Генерируемый импульсным источником 41 световой луч направляют на поверхность исследуемого слоя 11 дисперсной системы под заданным углом, а в отраженных световых лучах размещают приемник 42 отраженных от различных поверхностей слоя 11 лучей (т.е. падающего и преломленного в толщине исследуемого слоя 11 лучей). В качестве приемника излучения в данном оптическом измерителе может быть использована, например, светочувствительная линейка (например, ПЗС-линейка). По разности хода отраженных лучей определяют (путем математического пересчета) толщину исследуемого слоя 11.
Кроме того, по коэффициентам преломления и поглощения (затухания) светового луча в исследуемом слое 11 (в зависимости от его оптической плотности) дисперсной системы можно также судить о концентрации и химическом составе дисперсных фаз (например, солей), распределенных в дисперсионной среде (преимущественно, в воде).
Первую и вторую подсистемы спектрального экспресс-анализа, каждую из которых организуют на основе собственного оптического газоанализатора 43, 56 и импульсных оптических излучателей различного диапазона длин волн, а именно оптических излучателей, выполненных в виде квантового генератора 44 в первой подсистеме и в виде светодиодного излучателя 45 во второй подсистеме спектрального экспресс-анализа.
Квантовый генератор 44 и светодиодный излучатель 45 функционально являются средствами трансформации фазового состояния вещества дисперсной системы покровного слоя 11 (в зоне импульсного экспонирования этого слоя 11 генерируемыми вышеуказанными генератором 44 и излучателем 45 потоками излучения) в пыле-, газо-, парообразную смесь, которую по соответствующим магистралям транспортируют в рабочие камеры оптических газоанализаторов 43, 56. Причем упомянутую трансформацию осуществляют преимущественно в режиме оптически реализуемого взрыва, ударную волну которого искусственно, конструктивными средствами направляют в зону рабочих камер газоанализаторов 43, 56, функционально используя кинетическую энергию этой волны в качестве средства направленной транспортировки упомянутой пыле-, газо-, парообразной смеси в зону исследования.
Кроме того, в упомянутом функциональном комплексе контрольно-измерительной системы используют подсистему организации химического анализа вещества покровного слоя 11 дисперсной системы в лабораторных условиях, сформированную на основе вакуумного насоса 46 (как правило, имеющего две конструктивно изолированные секции 47 и 48 и блока 49 кассетных накопителей 50 и 51 газовой фазы и твердой фазы, соответственно, исследуемой дисперсной системы. Посредством данной подсистемы (в процессе указанного экспресс-анализа в промежутки времени между импульсами квантового генератора 44 и/или оптического излучателя 45 первой и второй подсистем спектрального анализа) осуществляют отбор проб исследуемого вещества упомянутого покровного слоя 11 дисперсной системы в естественном фазовом состоянии. Причем структурные элементы данной подсистемы (в частности, вакуумный насос 46 с его транспортировочными магистралями и распределительным средством 52) и подсистем спектрального экспресс-анализа пространственно и конструктивно организуют на базовом транспортном средстве 1 таким образом, что упомянутый вакуумный насос 46 одновременно используют и в качестве дополнительного средства направленной транспортировки упомянутой пыле-, газо-, парообразной смеси в рабочую камеру оптического газоанализатора 43 в процессе осуществления экспресс-анализа. Причем результаты лабораторного анализа исследуемого вещества дисперсной системы используют для окончательной корректировки усредненных результатов, полученных на основе экспресс-анализа. Распределительное средство 52 предназначено для перекрытия транспортировочных магистралей, направленных в рабочие камеры газоанализаторов 43, 56 в момент забора пробы исследуемого вещества упомянутого покровного слоя 11 дисперсной системы в естественном фазовом состоянии.
Транспортировочные магистрали в графических материалах условно обозначены стрелками, указывающими направление перемещения фазовых составляющих исследуемой дисперсной системы в этих магистралях.
Целесообразно в качестве оптического квантового генератора 44 в первой подсистеме спектрального экспресс-анализа использовать углекислотный лазерный генератор излучения ИК-диапазона длин волн.
Целесообразно в качестве оптического светодиодного излучателя 45 во второй подсистеме спектрального экспресс-анализа использовать светодиод с диапазоном длин волн излучения белого цвета.
В рабочих камерах оптических газоанализаторов 43, 56 происходит качественный и количественный экспресс-анализ состава газовой смеси испаренного (в результате инициированных лазерным генератором 44 и светодиодным излучателем 45 «взрыва») вещества дисперсной системы. Принцип действия оптических газоанализаторов 43 и 56 основан на измерении оптической плотности, спектров поглощения или испускания исследуемой газовой смеси.
Белый светодиод формирует луч, по мощности близкий к лазерному, и может быть использован в качестве генератора «взрыва» взамен лазерного генератора 44 или совместно с ним.
Оптимально в качестве конструктивного средства, посредством которого искусственно направляют ударную волну в зону рабочих камер газоанализаторов 43, 56, использовать открытые со стороны исследуемого покровного слоя дисперсной системы кожухи 53 (полости 57, 58 которых пространственно отделены одна от другой, а квантовый генератор 44 и оптический светодиодный излучатель 45 подсистем спектрального экспресс-анализа размещают в полостях 57 и 58 этого кожуха 53, который одновременно функционально используют и в качестве средства защиты участников движения от воздействия генерируемого излучения высокой мощности.
Объем пространства, ограниченный кожухом 53, функционально связан с последовательно расположенными оптическими газоанализаторами 43 и 56, блоком 49 кассетных накопителей 50, 51 вещества исследуемой дисперсной системы (включая твердую, неиспарившуюся в результате «взрыва» фазу, например песок) и соответствующими секциями 47, 48 вакуумного насоса, обеспечивающего (совместно с эффектом возникновения «взрывной волны») направленную транспортировку пробы вещества исследуемой дисперсной фазы в рабочие камеры газоанализаторов 43, 56 и в блок 49 кассетных накопителей 50, 51. Мощность вакуумного насоса 46, как правило, выбирается из условия обеспечения всасывания и транспортировки пробы вещества исследуемой дисперсной фазы в блок 49 кассетных накопителей 50, 51 без участия «взрывной волны», т.е. в период между импульсами лазерного генератора 44.
Разумно в процессе режима эксплуатации функционального комплекса обеспечивать защиту от загрязнения оптических структур его оптико-механической компоненты 40 от пыле-, газо-, парообразной смеси исследуемого вещества покровного слоя дисперсной системы, а также иных негативных факторов. Для чего указанные структуры размещают в каналах подачи сжатого воздуха (в графических материалах условно не показаны), направление потока которого организуют по направлению распространения генерируемых оптическими структурами потоков излучения (в графических материалах обозначены стрелками), за исключением приемника 42 отраженного излучения подсистемы оптического определения и регистрации исследуемых показателей, для которого направление указанного воздушного потока организуют против направления распространения отраженного потока излучения.
Целесообразно в процессе направленной транспортировки пыле-, газо-, парообразной смеси исследуемого вещества покровного слоя дисперсной системы в рабочую камеру газоанализатора 43 осуществлять сепарацию этой смеси посредством фильтра 54. За счет этого обеспечивается очистка упомянутой смеси от твердых частиц, например песка, не изменивших своего исходного фазового состояния в процессе экспонирования импульсными квантовым генератором 44 и оптическим светодиодным излучателем 45.
В процессе функционирования подсистемы организации химического анализа вещества покровного слоя 11 дисперсной системы в лабораторных условиях целесообразно осуществлять прогрев поверхности дорожного покрытия в области отбора пробы исследуемого вещества с возможностью образования между этой поверхностью и покровным слоем 11 дисперсной системы разделительного слоя в жидкой фазе, для чего используют импульсный источник 55 ИК-излучения. Это позволяет использовать вакуумный насос 46 с меньшей мощностью.
Разумно в подсистеме организации химического анализа вещества покровного слоя дисперсной системы в лабораторных условиях использовать вакуумный насос с регулируемой мощностью всасывания. При этом в период отбора проб исследуемого покровного слоя 11 вещества дисперсной системы в естественном агрегатном состоянии мощность всасывания необходимо увеличивать до необходимой величины, обеспечивающей реализацию его функции транспортировки упомянутого вещества в данных условиях.
Использование химических и физико-химических (инструментальных) методов экспресс-анализа, например спектральных, позволяет производить соответствующие исследования за доли минуты.
Допустимо контрольно-измерительную систему формировать комплексной и оснащать дополнительной оптической компонентой, которую формируют на основе, по меньшей мере:
- подсистемы регистрации дефектов проезжей части дорожного объекта и элементов ее обустройства, функционально являющейся средством двухмерной оценки упомянутых дефектов и элементов обустройства, включающей линейную камеру 10 сканирования;
- подсистемы регистрации состояния обустройства дорожного объекта, функционально являющейся средством оценки состояния элементов обустройства справа, слева и сверху от траектории движения базового транспортного средства, включающей, по меньшей мере, две линейные камеры 12 и 13 бокового сканирования.
Данные подсистемы устанавливают на раме 5 для монтажа функциональных средств оптической компоненты контрольно-измерительной системы с возможностью попадания в их поле зрения упомянутых контролируемых элементов дорожного объекта.
По меньшей мере, одну из упомянутых подсистем оптической компоненты контрольно-измерительной системы оснащают средством 20 локальной подсветки исследуемых зон поверхностей элементов дорожного объекта в условиях их освещенности не соответствующих заданным параметрам освещенности, регламентируемым свойствами оптоэлектронных каналов линейных камер 10, 12, 13 сканирования соответствующей подсистемы. Данное средство локальной подсветки конструктивно и пространственно организуют с возможностью формирования в поле зрения объективов упомянутых линейных камер сканирования светового потока с геометрией поперечного сечения в виде полосы света с заданным распределением освещенности по длине и ширине формируемой полосы света. При этом ширину упомянутой полосы рассчитывают из условия обеспечения исключения ослепления участников движения в момент пересечения сформированной полосы света в процессе регулярного дорожного движения с законодательно разрешенной скоростью.
Средство двухмерной оценки дефектов и элементов обустройства дорожного покрытия, включающее линейную камеру 10 сканирования, размещают преимущественно в области передней консольной части рамы 5 для монтажа функциональных средств оптической компоненты контрольно-измерительной системы, а структурные элементы этого средства конструктивно и пространственно организуют с возможностью обеспечения регистрации соответствующих упомянутых дефектов на ширине дорожного покрытия до 12 м с точностью в поперечном и продольном направлениях 10 мм.
Линейные камеры 12 и 13 бокового сканирования средства оценки состояния объектов обустройства справа, слева и сверху от траектории движения базового транспортного средства 1 размещают, например, в центральной части рамы 5 для монтажа функциональных средств оптической компоненты контрольно-измерительной системы по разные стороны от ее продольной оси, а структурные элементы этого средства конструктивно и пространственно организуют с возможностью обеспечения регистрации состояния соответствующих контролируемых объектов справа, слева и сверху от траектории движения базового средства 1 на расстоянии 6 м с точностью до 10 мм.
Используемое для реализации рассматриваемого способа средство 20 локальной подсветки включает:
- источник 24 света;
- полый корпус 25 с окном для выхода светового потока 21, генерируемого источником 24 света, расположенным в полости корпуса 25;
- по меньшей мере, одно средство трансформации геометрии генерируемого источником 24 светового потока.
0
φ
Упомянутый источник 24 света целесообразно выполнять электронного типа, при этом он должен содержать, по меньшей мере, одну газоразрядную лампу 27 высокого давления, оснащенную горелкой 28, смонтированной на токоподводах 29, заваренных в ножку 31 внешней колбы 30. По меньшей мере, половина площади внутренней поверхности колбы 30 покрыто отражающим зеркальным слоем 33 таким образом, что плоскость, проходящая через крайние участки этого слоя 33, ориентирована вдоль продольной оси 34 горелки 28. Форма сформированной отражающей части слоя 33 внешней колбы 30 выбрана такой, что для любого поперечного сечения отношение расстояния r от оси 34 горелки 28 до зеркального слоя 33 в продольной плоскости симметрии к соответствующему расстоянию r в плоскости (повернутой вокруг оси 34 горелки 28 на угол φ) непрерывно изменяется с изменением угла φ и лежит преимущественно в пределах 0,7-1,1.
По меньшей мере, одно средство трансформации геометрии генерируемого источником светового потока 21 выполнено в виде щелевого коллиматора 35 генерируемого светового потока 21, который (т.е. коллиматор 35) размещен поперек последнего (светового потока 21) с возможностью перекрытия генерируемого источником 24 светового потока 21 и выполнен в виде набора 36 параллельных пластин 37, установленных с зазорами между их взаимообращенными поверхностями 38 (отражающими или поглощающими, т.е. зачерненными).
При этом корпус 25 средства 20 локальной подсветки оснащен приборными амортизаторами (преимущественно резиновыми), функционально являющимися элементами подвески средства 20 локальной подсветки на раме для монтажа функциональных средств оптической компоненты регистрационно-измерительной системы (или на оптической станине) с возможностью обеспечения освещения исследуемых участков поверхности элементов дорожного объекта. Геометрия щелевого коллиматора 35 рассчитывается из условия обеспечения формирования полосы 23 света такой ширины, которая исключает проявление эффекта ослепления участников движения в момент пересечения сформированной полосы 23 света в процессе регулярного дорожного движения с законодательно разрешенной скоростью.
Допустимо взаимообращенные поверхности 38 набора 36 пластин 37 щелевого коллиматора выполнять зеркальными (отражающими).
Допустимо взаимообращенные поверхности 38 набора 36 пластин щелевого коллиматора 35 выполнять зачерненными (поглощающими).
Оснащение вышерассмотренных подсистем средством 20 локальной подсветки сканируемого участка дорожного полотна позволяет получать информацию о состоянии поверхности исследуемых элементов дорожного объекта как в условиях недостаточной освещенности, так и в условиях избыточной (солнечной) освещенности. В последнем случае средство 20 функционально является средством снижения контрастности в условиях избыточной (солнечной) освещенности, при определенном расположении солнца относительно исследуемой поверхности соответствующего элемента дорожного объекта.
Подвеска корпуса 25 средства 20 на приборных амортизаторах позволяет отсечь высокочастотные вибрации (генерируемые транспортным средством 1). А это повышает срок службы используемых в светильнике ламп 27 высокого давления, которые расположены горизонтально относительно дорожного полотна, и собственный вес колбы 30 лампы 27 при восприятии высокочастотных вибраций может спровоцировать ее разрушение (излом) в зоне соединения колбы 30 с цоколем 32 лампы 27.
Пластины 37 в наборе 36 щелевого коллиматора 35 могут быть выполнены как с зеркальными (отражающими) поверхностями 38, так и с зачерненными (поглощающими) поверхностями 38. В первом случае обеспечивается увеличение энергетических параметров формируемого коллиматором 35 светового потока 21, однако с точки зрения технологии изготовления пластин 37 процесс изготовления полированных поверхностей 38 более трудоемок. Технология изготовления зачерненных поверхностей 38 пластин 37 не представляет каких-либо трудностей с технологической точки зрения, однако в этом случае проявляется эффект снижения энергетических параметров светового потока 21, формируемого коллиматором 35 (что компенсируется посредством использования в конструкции средства 20 ламп 27 высокого давления вышеописанной конструкции, т.е. с зеркальным отражающим слоем 33 на внутренней поверхности колбы 30 лампы 27. Кроме того, использование в средстве 20 локальной подсветки ламп 27 указанной конструкции позволяет исключить из конструкции средства 20 дополнительных отражателей (рефлекторов) с высокими массогабаритными показателями.
Можно также отметить, что использование в конструкции средства 20 локальной подсветки пластинчатых коллиматоров 35 повышает безопасность процесса мониторинга в условиях регулярного дорожного движения на автотрассе, поскольку в случае аварийного скола колбы 30 лампы 27 от цоколя 32 колба разбивается на пластинах коллиматора 35 и попадает на дорожное полотно в виде мелкой россыпи, не вызывая аварийной ситуации.
Использование в конструкции источника 24 света электронных преобразователей частоты напряжения позволяет отказаться от электрических трансформаторов, обладающих высокими массогабаритными показателями и необходимыми для осуществления работы ламп 27 рассматриваемой конструкции от источника напряжения 220 В.
Ширина полосы 23 света (формируемой коллиматором 35) вдоль дорожного полотна, как правило, составляет 0,5-0,6 м, что позволяет проходить попутному и встречному потокам автотранспорта эту зону возможного ослепления за сотые доли секунды, что исключает создание аварийной ситуации на дороге.
В процессе мониторинга улично-дорожной сети целесообразно осуществлять построение микропрофиля дорожного покрытия в продольном направлении, для чего в состав контрольно-измерительной системы дополнительно включают подсистему замера продольной ровности дорожного объекта, конструкцию которой оснащают, по меньшей мере, одним лазерным датчиком 8 измерения продольной ровности и датчиками 7, 9 ускорения этой подсистемы в количестве, соответствующем количеству лазерных датчиков 8 и функционально связанных с соответствующими лазерными датчиками 8.
Оптимально в составе конструкции подсистемы замера продольной ровности использовать два лазерных датчика 8 измерения продольной ровности и, соответственно, два датчика 7 и 9 ускорения. Каждую пару структурных элементов лазерный датчик - датчик ускорения размещают на боковом участке рамы базового транспортного средства 1 в области заднего моста по разные стороны от продольной оси рамы, преимущественно в створе колеи транспортного средства 1. При этом структурные элементы этой подсистемы конструктивно и пространственно организуют с возможностью обеспечения регистрации микропрофиля дорожного покрытия в продольном направлении с шагом не менее 125 мм и точностью 0,1 мм.
В процессе мониторинга улично-дорожной сети целесообразно также осуществлять трехмерное построение микропрофиля дорожного покрытия в поперечном направлении. Для чего в состав контрольно-измерительной системы дополнительно включают подсистему замера поперечной ровности дорожного объекта, конструкцию которой оснащают, по меньшей мере, одним лазерным генератором 14, 15 линии объемного сканирования и камерой 16 объемного сканирования, которые устанавливают на раме 5 для монтажа функциональных средств оптической компоненты контрольно-измерительной системы.
Наиболее оптимально в составе конструкции вышеуказанной подсистемы замера поперечной ровности использовать два лазерных генератора 14, 15 линии объемного сканирования, которые устанавливают, например, в передней части консоли рамы 5 для монтажа функциональных средств оптической компоненты контрольно-измерительной системы с возможностью формирования линии объемного сканирования, например, впереди базового транспортного средства 1, а камеру 16 объемного сканирования этого средства размещают на упомянутой раме 5 с возможностью расположения линии объемного сканирования в пределах угла зрения ее объектива. При этом структурные элементы этой подсистемы конструктивно и пространственно организуют с возможностью обеспечения регистрации и построения микропрофиля дорожного покрытия в поперечном направлении на ширине до 12 м с точностью 2 мм.
Разумно в процессе мониторинга улично-дорожной сети осуществлять линейную привязку результатов измерений (полученных при работе всех вышеуказанных подсистем) к относительной и абсолютной системам координат. Для чего в состав контрольно-измерительной системы дополнительно включают подсистемы относительного и абсолютного позиционирования. Первая из которых функционально является средством линейной привязки результатов измерений (полученных при работе всех вышеуказанных подсистем) к относительной системе координат, в состав конструкции которого включают энкодер, а вторая - средством привязки результатов измерений (полученных при работе всех вышеуказанных подсистем) к абсолютной системе координат, в состав конструкции которого включают спутниковую навигационную систему 19.
Как правило, контрольно-измерительную систему оснащают оптической станиной, которую устанавливают на раме 5 для монтажа, по меньшей мере, части функциональных средств оптической компоненты контрольно-измерительной системы на виброопорах, а функциональные элементы соответствующих подсистем устанавливают непосредственно на оптической станине (в том числе и на индивидуальных виброопорах).
Допустимо в состав контрольно-измерительной системы дополнительно включать, по меньшей мере, двухуровневую подсистему георадарного зондирования.
Один из уровней этой подсистемы функционально является средством оценки диэлектрической проницаемости конструктивных слоев дорожной одежды и подстилающих грунтов для регистрации толщины конструктивных слоев. Конструкцию этого уровня оснащают, по меньшей мере, одним георадаром 17 коротковолнового диапазона зондирования.
Другой уровень этой подсистемы функционально является средством регистрации инженерных сетей, пересекающих проезжую часть дорожного объекта, а также различных неоднородностей в грунте. Конструкцию этого уровня оснащают, по меньшей мере, одним георадаром 18 длинноволнового диапазона зондирования.
Оптимально:
- в состав конструкции средства оценки диэлектрической проницаемости конструктивных слоев дорожной одежды и подстилающих грунтов включать два георадара 17 с линейным диапазоном зондирования 0,05-1,0 м, которые размещают в передней части рамы 5 базового транспортного средства 1 поперек ее продольной оси, при этом структурные элементы этого средства конструктивно и пространственно организуют с возможностью обеспечения регистрации толщины конструктивных слоев с точностью до 1 см при глубине до 0,5 м и с точностью до 3 см при глубине от 0,5 м до 1 м;
- в состав средства регистрации инженерных сетей, пересекающих проезжую часть дорожного объекта, а также различных неоднородностей также включать два георадара 18 с линейным диапазоном зондирования 0,5-10,0 м, которые размещают в задней части рамы 5 базового транспортного средства 1 поперек ее продольной оси, при этом структурные элементы этого средства конструктивно и пространственно организуют с возможностью обеспечения регистрации инженерных сетей, пересекающих проезжую часть с глубиной заложения до 10 м от поверхности дорожного покрытия, а также различных неоднородностей с точностью до 0,5 м.
С физической точки зрения работа контрольно-измерительной системы комплекса АДС-МАДИ, в частности ее оптической компоненты, организованной на базе вышеперечисленных оптических структур и подсистем (общеизвестных из «уровня техники», т.е. лазерных генераторов, фотокамер линейного и объемного сканирования на основе светочувствительных линеек, например ПЗС-линеек, светодиодных линеек) основана на принципах и законах геометрической оптики, а также оптоэлектроники и, следовательно, дополнительных пояснений не требует.
Однако целесообразно рассмотреть некоторые принципиальные аспекты конструктивно-пространственной организации структур и подсистем регистрационно-измерительной системы комплекса АДС-МАДИ.
Средство 20 локальной подсветки функционирует следующим образом.
0
φ
0
φ
(φ)
Луч света, выходящий из центра горелки 28 в направлении зеркальной отражающей части (зеркального слоя 33) внешней колбы 30, падает на зеркальный слой 33. Так как отношение r/r постоянно изменяется с изменением φ, то нормаль к зеркальной поверхности слоя 33 в точке падения луча будет направлена не на продольную ось 34 горелки, а мимо нее. Благодаря этому отраженный от зеркальной поверхности слоя 33 луч проходит вне зоны расположения горелки 28 и не ослабляется в ней (т.е. выходит из колбы 30 лампы 27 с минимальной потерей генерируемой источником 24 световой энергии). Лучи света, выходящие из горелки 28 в направлении выходного окна 26, выходят из колбы 30 лампы 27 без отражения, т.е. также практически без потерь генерируемой источником 24 световой энергии. Таким образом, световая отдача такой лампы 27 выше световой отдачи лампы с круглосимметричной колбой. Кроме того, формируя лампы 27 с различной геометрией профиля зеркального слоя 33 (т.е. с различными соотношениями зависимости r/r=f, можно получить источники 24 света с различным светораспределением по сечению генерируемого светового потока 21.
0
φ
(φ)
max
max
В случае, если отношение r/r=f принимает значения как больше, так и меньше единицы и с ростом модуля угла φ как возрастает, так и убывает, то геометрия профиля отражающей поверхности зеркального слоя 33 имеет, как правило, выпукло-вогнутую форму (см. фиг.6). Если упомянутое отношение постоянно убывает с ростом модуля угла φ, то геометрия профиля отражающей поверхности зеркального слоя 33 имеет исключительно выпуклую форму (см. фиг.7). Увеличение модуля угла |φ|>90° расширяет технологические возможности при создании ламп 27 с различным светораспределением. Однако, при |φ|>115° существенно увеличивается доля излучения, выходящего после многократных отражений, вследствие чего снижается энергетическая отдача источника 24 света (электронной газоразрядной лампы 27).
0
φmax
max
max
В частности, используемая в настоящей полезной модели лампа 27 с горелкой от лампы ДНаТ мощностью 100 Вт, профилем отражающей поверхности зеркального слоя 33 внешней колбы 30, соответствующим фиг.7 (r/r=0,82), и углом охвата |φ|=105° имеет световую отдачу (световую эффективность) 75,3 лм/Вт, в то время, как аналогичная лампа с круглосимметричной колбой и |φ|=105° имеет световую отдачу (световую эффективность) 69,8 лм/Вт.
Кроме того, при сканирование верхних и боковых элементов обустройства дорожного объекта (например, подмостовых габаритов, информационных указателей, дорожных знаков) пространственное расположение фотокамер относительно исследуемых объектов обеспечивают таким образом, чтобы габариты всех исследуемых объектов по соответствующим координатам находились в поле зрения объективов соответствующих сканирующих устройств. При этом съемка осуществляется в реальном времени синхронно всеми объективами в импульсном режиме, а период времени между импульсами привязан (пропорционален) к скорости перемещения сканирующего устройства с возможностью строгой состыковки отдельных (смежных) кадров по направлению перемещения.
Светочувствительные линейки и объективы могут быть установлены на базовой платформе (оптической станине) как подвижно, так и неподвижно. Они могут быть установлены и на гироскопической опоре с целью сохранения постоянного (исходного) пространственного положения относительно сканируемой поверхности при воздействии вибраций и иных пространственных перемещений базового транспортного средства в процессе его движения.
Преимущества используемого в заявленном техническом решении метода сканирования посредством цифровых оптических камер на основе светочувствительных линеек (по отношению к используемым для аналогичных целей телевизионным камерам) заключаются в следующем:
- отсутствие в памяти бортового компьютера лишней информации об исследуемой поверхности объекта сканирования, т.к. каждая точка сканируемой поверхности регистрируется в запоминающем устройстве только один раз;
- автоматическое совмещение начала последующего кадра с концом предыдущего в процессе съемки без какого-либо наложения кадров один на другой;
- возможность использования системы автоматизированного распознавания образов в процессе обработки и исследования отснятой визуальной информации об исследуемом объекте в связи с минимизацией объема визуальной информации об объекте, необходимой для его качественной оценки по стандартной бальной системе и соответствующим параметрам качества;
- значительное увеличение скорости обработки и передачи данных на расстояние в связи с многократным уменьшением объема информационного потока, необходимого для получения конечной информации об объекте (в частности, его визуализации с заданным разрешением);
- объективность оценки качественных параметров сканируемых объектов исследования, ввиду обеспечения возможности многократной визуальной оценки полученной об объекте информации независимыми экспертами и оперативного решения спорных вопросов путем повторного совместного анализа информации с участием третьих лиц (специалистов);
- регулярный 100% (а не выборочный) мониторинг автомагистралей и иных объектов дорожного обустройства с целью их качественной оценки и выявления первоочередных участков, требующих ремонта, что резко увеличивает безопасность дорожного движения, в особенности на оживленных городских магистралях мегаполисов;
- возможность определения скорости износа (старения) исследуемых объектов путем наложения полной последующей картинки объекта на предыдущую в автоматическом режиме (то есть возможность оценки динамики разрушения исследуемых объектов во времени с целью формирования прогнозируемого графика обеспечения плановых ремонтно-строительных работ);
- отсчет времени дискретизации кадров съемки осуществляется инкодером (расположенном на пятом колесе базового транспортного средства или в коробке скоростей) с привязкой к километражу дороги (т.е. пройденному транспортным средством, несущим сканирующее устройство, расстоянию) а не ко времени, что исключает дублирование одной и той же информации;
- синхронная комплексная (по нескольким параметрам) оценка дорожных покрытий и иных элементов обустройства дорог в привязке к километражу дороги посредством спутниковой навигационной системы (например, системы GPS), т.е. привязка к абсолютной системе координат.
Комплексная регистрация технико-эксплуатационных показателей исследуемых объектов, в частности, включает в себя:
- качественный и количественный физико-химический экспресс-анализ покровного слоя 11 дорожного покрытия в дублирующем режиме посредством различных по конструкции, но однотипных по назначению подсистем оптико-механической компоненты функционального комплекса;
- двухмерное сканирование;
- трехмерное сканирование;
- зондирование георадаром в продольном и поперечном направлениях;
- замеры верхних габаритов систем и элементов обустройства дорог;
- замеры расстояний и габаритов элементов обустройства по бокам;
- привязка результатов сканирования к километражу дороги.
Привязка в широком смысле означает привязку результатов сканирования к углам домов, километровым столбам, дорожным знакам, существенным элементам обустройства дорог, например путепроводам (начало моста - конец моста), к освещению.
Если мы знаем точную длину марки машины, то по снимку, полученному посредством сканера, можно определить (путем пересчета) ее скорость за счет эффекта «укорачивания ее длины» в период времени сканирования (чем длиннее изображение машины, тем меньше ее относительная скорость).
Данный эффект сглаживает эффект закрытия дорожного полотна встречным потоком автотранспорта, а при небольшой скорости автолаборатории (порядка 30 км/ч) - и попутного потока.
Если соответствующим образом подобрать базу АДС и расположить две идентичных по функциональному назначению сканирующих подсистемы в начале базового транспортного средства АДС-МАДИ и в его конце, то попадание одного и того же автомобиля одновременно на два сканера практически исключено.
Эти два эффекта позволяют при сканировании видеть дорогу практически «пустой», т.е. для используемых подсистем встречный и попутный потоки автотранспорта в процессе сканирования в оптическом плане практически отсутствуют.
Увеличение количества осей базового транспортного средства АДС-МАДИ снижает частотные характеристики вибрации и тем самым повышает качество съемки.
Функциональный комплекс для измерения и регистрации технико-эксплуатационных показателей поверхности покрытия дорожной одежды в процессе осуществления мониторинга улично-дорожной сети (предназначенный для осуществления вышерассмотренного способа) включает предназначенную для стационарной установки на базовом транспортном средстве 1 оптико-механическую компоненту 40 (функционально являющуюся составляющей частью комплексной контрольно-измерительной системы). Выходные каналы соответствующих подсистем этой компоненты 40 функционально связаны с бортовым вычислительным комплексом 2 (функционально являющимся средством обработки полученной информации и передачи результатов обработки на центральную ЭВМ в режиме реального времени). Оптико-механическая компонента 40 функционально является средством дублирующего исследования физико-химических показателей покровного слоя 11 (включая его толщину) дисперсной системы, образующейся на поверхности покрытия дорожной одежды (преимущественно под воздействием искусственно наносимой в зимнее время антигололедной композиции). Оптико-механическая компонента включает, по меньшей мере:
- подсистему оптического определения и регистрации исследуемых показателей (включая толщину покровного слоя 11), которая организована на основе импульсного источника 41 оптического излучения, главная оптическая ось излучающей структуры которого направлена под заданным углом к поверхности исследуемого покровного слоя 11, и приемника 42 отраженного излучения;
- первую и вторую подсистемы спектрального экспресс-анализа, каждая из которых организована на основе собственного оптического газоанализатора 43, 56 и импульсных оптических излучателей различного диапазона длин волн, а именно в виде квантового генератора 44 в первой подсистеме и в виде светодиодного излучателя 45 во второй подсистеме, которые функционально являются средствами трансформации фазового состояния вещества дисперсной системы покровного слоя 11 в зоне импульсного экспонирования этого слоя 11 генерируемыми вышеуказанными излучателями потоками излучения в пыле-, газо-, парообразную смесь, предназначенную для транспортировки в рабочие камеры газоанализаторов 43, 56. Причем используются оптические излучатели такой мощности, энергии которых (генерируемой за период импульса излучения) достаточно для осуществления упомянутой трансформации (преимущественно в режиме оптически реализуемого взрыва). Кинетическая энергия ударной волны этого взрыва функционально является средством транспортировки упомянутой пыле-, газо-, парообразной смеси в зону исследования (т.е. в область рабочей камеры газоанализатора). Причем заданная направленность ударной волны обеспечивается посредством оснащения оптико-механической компоненты 40 механическими средствами, конструктивно и пространственно организованными с возможностью практической реализации этой функции. Кроме того, оптико-механическая компонента оснащена подсистемой организации химического анализа вещества покровного слоя дисперсной системы в лабораторных условиях, организованной на основе вакуумного насоса 46 и блока 49 кассетных накопителей 50, 51. Данная подсистема выполнена с возможностью отбора проб вещества покровного слоя дисперсной системы в естественном фазовом состоянии в процессе вышеуказанного экспресс-анализа в промежутки времени между импульсами оптических излучателей первой и второй подсистем спектрального анализа. Причем структурные элементы данной подсистемы, в частности вакуумный насос 46 с его транспортировочными магистралями, и подсистем спектрального анализа структурно и конструктивно организованы на базовом транспортном средстве 1 таким образом, что упомянутый вакуумный насос 46 одновременно функционально является и дополнительным средством обеспечения направленной транспортировки упомянутой пыле- газо-, парообразной смеси в рабочие камеры оптических газоанализаторов 43, 56 в процессе осуществления экспресс-анализа.
Целесообразно в качестве оптического квантового генератора 44 в первой подсистеме спектрального экспресс-анализа использовать углекислотный лазерный генератор излучения ИК-диапазона длин волн.
Целесообразно в качестве оптического светодиодного излучателя 45 во второй подсистеме спектрального экспресс-анализа использовать светодиод с диапазоном длин волн излучения белого цвета.
Оптимально в качестве конструктивного средства, посредством которого искусственно обеспечивается направленность ударной волны в зону рабочей камеры газоанализатора 43, использовать открытый со стороны исследуемого покровного слоя 11 дисперсной системы кожух 53, а оптические излучатели подсистем спектрального экспресс-анализа размещать в полости этого кожуха 53, который одновременно функционально является и средством защиты участников движения от воздействия генерируемого излучения высокой мощности.
Разумно функциональный комплекс оснащать средствами защиты от загрязнения оптических структур его оптико-механической компоненты 40 от пыле-, газо-, парообразной смеси исследуемого вещества покровного слоя 11 дисперсной системы, а также иных негативных факторов, которые выполнены в виде каналов подачи сжатого воздуха (в графических материалах условно не показаны). Указанные структуры размещают в этих каналах таким образом, чтобы направление потока сжатого воздуха совпадало по направлению с распространением генерируемых оптическими структурами потоков излучения, за исключением приемника 42 отраженного излучения подсистемы оптического определения и регистрации исследуемых показателей, для которого канал организован с возможностью обеспечения направления указанного воздушного потока против направления распространения отраженного потока излучения.
Оптимально оптико-механическую компоненту 40 оснащать сепаратором (фильтром 54), конструктивно и пространственно организованным в ней с возможностью осуществления (в процессе направленной транспортировки пыле-, газо-, парообразной смеси исследуемого вещества покровного слоя 11 дисперсной системы в рабочие камеры газоанализаторов 43, 56) сепарации этой смеси с обеспечением возможности ее очистки от твердых частиц, например песка, не изменивших своего исходного фазового состояния в процессе экспонирования импульсными оптическими излучателями.
Подсистема организации химического анализа вещества покровного слоя дисперсной системы в лабораторных условиях может быть оснащена средством прогрева поверхности дорожного покрытия в области отбора пробы исследуемого вещества с возможностью образования между этой поверхностью и покровным слоем дисперсной системы разделительного слоя в жидкой фазе, которое выполнено в виде импульсного источника 55 ИК-излучения заданной мощности, обеспечивающей реализацию его функции.
В подсистеме организации химического анализа вещества покровного слоя 11 дисперсной системы в лабораторных условиях целесообразно использовать вакуумный насос 46 с регулируемой мощностью всасывания, при этом его предельная мощность выбирается из условия обеспечения отбора проб исследуемого покровного слоя 11 вещества дисперсной системы в естественном фазовом состоянии.
Физические принципы работы данного функционального комплекса рассмотрены выше на примере реализации заявленного способа измерения и регистрации технико-эксплуатационных показателей поверхности покрытия дорожной одежды и дополнительных пояснений не требуют.
На основании вышеизложенного, передвижная дорожная лаборатория (АДС-МАДИ), реализованная на основе заявленных изобретений, способна обеспечить комплексный мониторинг технико-эксплуатационного состояния улично-дорожной сети, а также любых боковых, надземных и подземных объектов ее обустройства с возможностью регистрации и запоминания необходимой информации (т.е. изображения объектов с учетом наличия имеющихся дефектов) в цифровой форме и выводом этой информации («картинки») с заданным разрешением, например, на экран монитора персонального компьютера (ПК) в режиме реального времени.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленных изобретений следующей совокупности условий:
- объекты, воплощающие заявленные изобретения при их осуществлении, предназначены для использования в промышленности, а именно в области строительства и эксплуатации улично-дорожных сетей для комплексной диагностики технико-эксплуатационных показателей объектов дорожного хозяйства и организации мониторинга за их технико-эксплуатационным состоянием в режиме реального времени;
- для заявленных объектов изобретений в том виде, как они охарактеризованы в независимых пунктах нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность их осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объекты, воплощающие заявленные изобретения при их осуществлении, способны обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленные изобретения соответствуют требованию условия патентоспособности «промышленная применимость» по действующему законодательству.