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车载式路面平整度测量系统设计

作　者: 黄国会
导　师: 刘桂雄；郑用武
学　校: 华南理工大学
专　业: 机械工程
关键词: 车载式平整度测量图像处理光影线
分类号: TP311.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 69次
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内容摘要

路面平整度是道路竣工验收、养护维修决策的重要指标。传统的三米直尺测定方法、八轮连续式平整度仪、车载式颠簸积累仪平整度试验方法,由于需要封闭车道,影响交通,检测速度低或者重复性差,已经不能满足高速公路、城市主干道、次干道路的平整度测量要求,市场需要安全、快速、基本不影响交通的平整度测量设备。近年来,随着微机电系统、激光技术的发展和应用,国内外逐渐使用平整度检测车或者综合道路检测车来进行平整度测量。这些车载平整度测量装置主要以激光位移计和加速度计为关键部件。国内也开始开发生产各种品牌的路面平整度测量装置,但是市场占有率不高。本文提出一种基于激光影线变换的路面平整度测量方法,其基本思想是通过拍摄投射直线结构光在路面上的投影曲线,结合距离传感器、倾角传感器、加速度计数据,采用图像处理和几何变换方法,得到路面纵断面轮廓曲线,计算出路面平整度。由于每次采样的是一条曲线,用少量图像传感器取代多点式位移传感器,可降低采样频率,简化系统结构,降低成本。系统硬件以微处理器为核心,论述了光影线轮廓图像采集,摄像机、光电编码器、加速度计、倾角传感器及基于ARM7内核的平整度测量的硬件系统的特点和要求;系统软件以Windows 2000为运行平台,采用面向对象的程序设计语言Visual C++进行开发。本系统数据处理灵活,适应性广,成本较低,可用于高速检测,具有良好的技术经济优势。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-17
  1.1 课题的研究背景和意义  9
  1.2 车载式平整度测量系统概述  9-12
    1.2.1 各种路面平整度测量方法和国际平整度指数的定义  9-11
    1.2.2 车载平整度测量系统发展阶段  11-12
  1.3 车载式平整度测量系统国内外研究现状  12-16
  1.4 论文研究内容及章节安排  16-17
第二章基于光影线的平整度测量系统原理及构架  17-31
  2.1 引言  17
  2.2 基于光影线的测量原理及其运动模型  17-21
    2.2.1 光影线检测原理  17-18
    2.2.2 车身运动坐标系  18-20
    2.2.3 基于光影线的车身运动模型  20-21
  2.3 光影图像几何变换方法  21-29
    2.3.1 常用光影图像几何变换方法  21-25
    2.3.2 摄像机光影图像坐标及其变换  25-28
    2.3.3 图像畸变  28-29
  2.4 基于光影线的平整度测量系统构架  29-30
  2.5 本章小结  30-31
第三章车载式光影线平整度测量系统的硬件设计  31-44
  3.1 引言  31
  3.2 检测系统元件调试与实现  31-37
    3.2.1 光源设计与实现  32-33
    3.2.2 摄像机选型  33-36
    3.2.3 距离传感器选型  36-37
    3.2.4 倾角传感器选型  37
  3.3 系统硬件设计整体方案  37-39
  3.4 系统硬件关键电路设计  39-43
    3.4.1 电源电路设计  39-40
    3.4.2 时钟电路设计  40
    3.4.3 存储系统扩展方法  40-41
    3.4.4 A/D硬件和接口电路设计  41-42
    3.4.5 通讯接口设计  42-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章车载式路面平整度测量系统软件设计  44-59
  4.1 引言  44
  4.2 图像处理在测量系统中的应用机制  44-52
    4.2.1 图像预处理  44-47
    4.2.2 图像阈值分割及边缘提取  47-52
  4.3 基于ARM处理器的测量系统前端摄像机图像处理机制  52-56
    4.3.1 基于ARM处理器的编程模式与工作流程  52-54
    4.3.2 ARM处理器启动实现及分析  54-56
  4.4 车载式路面平整度测量系统后端软件设计及实现  56-58
    4.4.1 软件设计方案  56-57
    4.4.2 软件设计实现  57-58
  4.5 本章小结  58-59
第五章试验和结果分析  59-67
  5.1 引言  59
  5.2 单摄像机图像参数标定  59-62
  5.3 测量系统整体试验和结果分析  62-64
  5.4 测量误差分析  64-66
  5.5 本章小结  66-67
总结与展望  67-68
参考文献  68-72
致谢  72-73
附录  73-79
附件  79

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