Устройство для оценки состояния дорожного покрытия

Изобретение относится к области оценки транспортно-эксплуатационного состояния дорожных покрытий автомобильных дорог. Технический результат - обеспечение непрерывного мониторинга состояния дорожного покрытия с целью повышения безопасности движения. Устройство для оценки состояния дорожного покрытия содержит микрофон, расположенный над дорожным покрытием, пьезоакустические акселерометры, размещенные на укрепленной части обочины дороги, и средства регистрации и обработки сигналов, включающие устройство нормализации информационного сигнала, подсоединенное к микрофону, преобразователь беспроводного интерфейса для приема сигнала от акселерометров, микропроцессор, и преобразователи стандартного цифрового интерфейса в формат front-end или в беспроводную сеть Wi-fi. Микрофон и средства регистрации и обработки сигналов могут быть размещены на опорах освещения или непосредственно в фонарях (плафонах) освещения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

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.

1. Устройство для оценки состояния дорожного покрытия, содержащее расположенный над дорожным покрытием микрофон, размещенные в покрытии обочины дороги вибродатчики и средства регистрации и обработки сигналов, включающие 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.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что микрофон установлен в фонарях освещения.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средства регистрации и обработки сигналов установлены в фонарях освещения.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вибродатчики выполнены в виде пьезоакустических акселерометров.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для измерения прочности одежд автомобильных дорог и аэродромов методом динамического нагружения Устройство выполнено навесным, содержит механизм нагружения, состоящий из пневмоцилиндра (3), верхняя полость которого (4) соединена с ресивером нагружения (8), а поршень (5) играет роль падающего груза.

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для измерения коэффициента сцепления при оценке сцепных качеств дорожных покрытий. Технический результат - повышение надежности работы устройства за счет повышения надежности работы системы торможения, с одновременным устранением заноса устройства при торможении, а также уменьшения погрешности в измерении тормозной силы.

Предложено автомобильное устройство для измерения коэффициента сцепления дорожных покрытий, содержащее прицепной прибор с измерительным колесом, сцепленный с ним автомобиль с механической коробкой передач и бортовым компьютером, а также вычислительное устройство, дополнительно включены датчик пройденного пути, подключенный к вычислительному устройству, система автоматического поддержания скорости автомобиля и мультисистемный маршрутный компьютер, один из входов которого подключен к вычислительному устройству, а один из выходов - к дисплею, установленному в передней части кабины автомобиля-тягача.

Изобретение относится к измерительным средствам, предназначенным для непрерывного измерения коэффициента сцепления колес с поверхностью искусственных взлетно-посадочных полос.

Предложен способ и устройство (1) для измерения прогиба от движущегося колеса. Устройство содержит: движущееся колесо (4) для перемещения вдоль измеряемой поверхности (2) в первом направлении, раму (6), проходящую вдоль указанной измеряемой поверхности (2) в указанном первом направлении от, по меньшей мере, указанного движущегося колеса (4), четыре разнесенных датчика (7, 8, 9, 10) расстояния, устройство для сканирования в первом временном интервале ряда линий с применением каждого из указанных датчиков (7, 8, 9, 10) расстояния, для получения, таким образом, соответствующего количества виртуальных изображений, в которых значения пикселей представляют расстояния, а также устройство обработки данных, предназначенное для сравнения и сопоставления указанных виртуальных изображений, с целью определения соответствующих областей и расчета величины прогиба с применением сопоставленных значений пикселей виртуальных изображений, основанных на указанной идентификации соответствующих областей.

Изобретение относится к оборудованию для испытания автомобильных дорог, и может быть использовано для выполнения работ по поверке и калибровке установок динамического нагружения, применяемых для оценки прочности нежестких дорожных одежд.

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации аэродромов Технический результат - повышение точности измерения уклонов профиля поверхности аэродромного (дорожного) покрытия, снижение трудоемкости работ по измерению этих уклонов.

Изобретение относится к устройствам для определения коэффициента сцепления на сооружаемых и эксплуатируемых автомобильных дорогах, проверке состояния дорожных покрытий в населенных пунктах, а также проверке состояния взлетно-посадочных полос аэродромов.

Изобретение относится к способам измерения и используется для оценки состояния поверхности взлетно-посадочной полосы аэродрома. В способе определения коэффициента сцепления аэродромного покрытия, включающем измерение динамических характеристик колес самолета при его движении по аэродромному покрытию, осуществляют формирование ведущего (переднего) и ведомого (заднего) колес шасси, ведомое (заднее) колесо формируют путем создания постоянного динамического торможения колесу шасси, колесо без динамического торможения считается ведущим, при этом динамическое торможение формируется с помощью тормозной системы колеса шасси, которое может отключаться при разбеге самолета, измеряют частоты вращения ведущего (переднего) и ведомого (заднего) колес шасси, устанавливают зависимость разницы вращения ведущего (переднего) и ведомого (заднего) колес от сцепных качеств аэродромного покрытия, а сцепные качества аэродромного покрытия определяют по установленной зависимости после проезда по нему самолета и измерения частот вращения ведущего (переднего) и ведомого (заднего) колес шасси.
Изобретение предназначено для определения прочности сцепления на сдвиг между слоями мостового полотна мостового сооружения и слоем его гидроизоляции. Изготавливают, по крайней мере, два опытных образца - модели мостового полотна мостового сооружения.

Изобретение относится к области оценки транспортно-эксплуатационного состояния дорожных покрытий автомобильных дорог. Технический результат - обеспечение непрерывного мониторинга состояния дорожного покрытия с целью повышения безопасности движения. Устройство для оценки состояния дорожного покрытия содержит микрофон, расположенный над дорожным покрытием, пьезоакустические акселерометры, размещенные на укрепленной части обочины дороги, и средства регистрации и обработки сигналов, включающие устройство нормализации информационного сигнала, подсоединенное к микрофону, преобразователь беспроводного интерфейса для приема сигнала от акселерометров, микропроцессор, и преобразователи стандартного цифрового интерфейса в формат front-end или в беспроводную сеть Wi-fi. Микрофон и средства регистрации и обработки сигналов могут быть размещены на опорах освещения или непосредственно в фонарях освещения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх