本发明公开了一种基于多组激光线的车载式路面凹凸监测方法，监测装置包括激光线发射器、摄像设备、图像采集设备、信息处理设备及路况警示设备，摄像设备负责实时监控激光线发射器发射的激光线信号在路面所成像进行实时监控，得到路面图像信号，图像采集设备读取路面图像信号并转换成数字信号，然后传输给信息处理设备进行分析计算，得出路面凹坑深度或凸起高度，再与汽车最小离地间隙h比较，当不满足通过性要求时，及时通过路况警示设备通知驾驶员。本发明算法简便，结论可靠，便于实时监测路面凹凸状况，及时传递信号给驾驶员，大大了提高了驾驶的安全性。
1.一种基于多组激光线的车载式路面凹凸监测方法，监测装置包括激光线发射器(1)、摄像设备(2)、图像采集设备(3)、信息处理设备(4)及路况警示设备(5)，所述摄像设备(2)对激光线发射器(1)发射的激光线信号在路面所成像进行实时监控，得到路面图像信号,所述图像采集设备(3)读取路面图像信号并转换成数字信号,然后传输给信息处理设备(4),所述信息处理设备(4)分析计算路面凹坑深度或凸起高度,再与汽车最小离地间隙h比较，当路面通过性状况较差时通过路况警示设备(5)传递信号给驾驶员；
S1，激光线发射器(1)与水平面呈α°向路面发射激光线信号，激光线信号在路面上形成分布均匀的网格状激光线组，横向激光线组编号为x0、x1、x2、x3、x4...xn，间隔距离为a；纵向激光线组编号为y1、y2、y3、y4...yn，间隔距离为b，激光线组交叉呈θ度角；
S2，摄像设备(2)与路面纵向成β°、与第一条横向激光线x0距离为c；
S3，图像采集设备(3)读取网格状激光线组在路面上变化情况所成的路面图像信号，并转换成数字信号；
S4，信息处理设备(4)分析计算路面的凹坑和凸起的坐标，确定凹坑或凸起与驾驶员之间的距离，并计算每个凹坑深度或凸起高度BC；具体为：(1)信息处理设备(4)检测到第n条横向激光线xn处为凹坑或凸起；
(2)设横向激光线xn照射至凹坑最低点或凸起最高点为点C，设激光线发射器(1)为点F，CF与水平路面的交点为点A；设点C在水平路面的垂直投影为点B；摄像设备(2)采用相机，设相机为点E，点C在AE上或其延长线上的垂直投影点为点D；相机的焦距为f、物距为u；由透镜成像公式： 可得像距v，再由v＝f+i可得焦像距i，最后由 可得相机放大倍率M，其中L为物高、L'为像高，则相机与第n条横向激光线距离为Un＝c+n×a，由相机放大倍率公式可得相机到第n条横向激光线的放大倍率为(3)C、D两点之间的实际距离为CD，通过相机拍摄到的距离为CD’；路面的实际距离CD与相机拍摄到的距离CD’之间的关系为：CD＝CD'×Mn；
S5，信息处理设备(4)将凹坑深度或凸起高度BC与汽车的最小离地间隙h进行比较，若BCh，则将凹坑或凸起与驾驶员之间的距离传递给路况警示设备(5)，发出警告，提醒驾驶员采取减速或制动措施。
2.根据权利要求1所述的一种基于多组激光线的车载式路面凹凸监测方法，其特征在于，所述激光线信号由红、黄、蓝三种颜色的激光交替组成。
3.根据权利要求1所述的一种基于多组激光线的车载式路面凹凸监测方法，其特征在于，所述图像采集设备(3)为CCD或CMOS图像传感器。
4.根据权利要求1所述的一种基于多组激光线的车载式路面凹凸监测方法，其特征在于，所述信息处理设备(4)由中央处理器和存储器组成。
5.根据权利要求1所述的一种基于多组激光线的车载式路面凹凸监测方法，其特征在于，所述路况警示设备(5)为蜂鸣器。
一种基于多组激光线的车载式路面凹凸监测方法
技术领域
[0001] 本发明属于路面通过性监测和安全驾驶技术领域，特别涉及一种基于多组激光线的车载式路面凹凸监测方法。
背景技术
[0002] 城市道路容易损毁，由于修建时路基、材料等问题，以及恶劣天气的影响，重型汽车的在路面长时间的停留，路面容易损毁，出现凹坑、凸起、裂缝等问题。平整度不良的道路会影响乘车的舒适性、降低汽车速度、加速车辆零件的磨损、增加车辆的运营费用。路面凹陷严重时，汽车底盘容易重重撞在地面上，酿成车祸。特别是夜间行车时，路面能见度较差，更易在通过性较差的路面上发生事故。传统汽车上，往往只依靠驾驶员来观察路面状况，时常不能及时观察到路面上的凹坑和凸起，更不能明确知道前方道路是否满足通过性要求。
[0003] 激光是20世纪60年代的新光源，与一般光相比，激光具有四个特点：①亮度高：由于激光的发射能力强和能量的高度集中，所以亮度很高；②方向性好：激光发射后发散角非常小，激光射出20公里，光斑直径只有20-30厘米；③单色性好：激光的波长基本一致，谱线宽度很窄，颜色很纯，单色性很好；④相干性好：与普通光源不同，激光是受激辐射光，具有极强的相干性；由于激光的以上特性，将激光作为监测对象，方便可行。
发明内容
[0004] 本发明的目的是为了克服上述现情况中由于路面通过性较差，而驾驶员并未觉察时，汽车底盘容易撞击地面，缩短汽车寿命，因而提供一种成本较低、实用性较强、算法简便，能够实时监测路面状况且在夜间不受环境影响的一种路面凹凸监测装置，即一种基于多组激光线的车载式路面凹凸监测装置及方法。该方法主要利用摄像设备对激光线的实时监控并将图像信息传输给信息处理系统，其经分析计算路面凹坑深度或凸起的高度后，进行判断，当路面通过性状况较差时通过路况警示设备传递信号给驾驶员，从而驾驶员进行减速或制动措施，提高行驶的安全性。
[0005] 本发明的技术方案为：
[0006] 一种基于多组激光线的车载式路面凹凸监测方法，监测装置包括激光线发射器、摄像设备、图像采集设备、信息处理设备及路况警示设备，所述摄像设备对激光线发射器发射的激光线信号在路面所成像进行实时监控，得到路面图像信号,所述图像采集设备读取路面图像信号并转换成数字信号,然后传输给信息处理设备,所述信息处理设备分析计算路面凹坑深度或凸起高度,再与汽车最小离地间隙h比较，当路面通过性状况较差时通过路况警示设备传递信号给驾驶员；
[0007] 其特征在于，包括以下步骤：
[0008] S1，激光线发射器与水平面呈α°向路面发射激光线信号，激光线信号在路面上形成分布均匀的网格状激光线组，横向激光线组编号为x0、x1、x2、x3、x4...xn，间隔距离为a；纵向激光线组编号为y1、y2、y3、y4...yn，间隔距离为b，激光线组交叉呈θ度角；
[0009] S2，摄像设备与路面纵向成β°、与第一条横向激光线x0距离为c；
[0010] S3，图像采集设备读取网格状激光线组在路面上变化情况所成的图像信号，并转换成数字信号；
[0011] S4，信息处理设备分析计算路面的凹坑和凸起的坐标，确定凹坑或凸起与驾驶员之间的距离，并计算每个凹坑深度或凸起高度BC；
[0012] (1)信息处理设备(4)检测到第n条横向激光线xn处为凹坑或凸起；
[0013] (2)设横向激光线xn照射至凹坑最低点或凸起最高点为点C，设激光线发射器(1)为点F,CF与水平路面的交点为点A；设点C在水平路面的垂直投影为点B；设相机为点E，点C在AE上或其延长线上的垂直投影点为点D；
[0014] (3)C、D两点之间的实际距离为CD，通过相机拍摄到的距离为CD’；
[0015] (4)AC之间的距离：
[0016] (5)则凹坑或凸起的高度BC为：
[0017] S5，信息处理设备将凹坑深度或凸起的高度BC与汽车的最小离地间隙h进行比较，若BCh，则将凹坑或凸起与驾驶员之间的距离传递给路况警示设备，发出警告，提醒驾驶员采取减速或制动措施。
[0018] 上述方案中，所述激光线信号由红、黄、蓝三种颜色的激光交替组成。
[0019] 上述方案中，所述摄像设备采用相机，相机的焦距为f、物距为u；由透镜成像公式：可得像距v，再由v＝f+i可得焦像距i，最后由 可得相机放大倍率M，其中L
为物高、L'为像高，则相机与第n条横向激光线距离为Un＝c+n×a，由相机放大倍率公式可得相机到第n条横向激光线的放大倍率为
[0020] 上述方案中，路面的实际距离为CD与相机拍摄到的距离为CD’之间的关系为：CD＝CD'×Mn。
[0021] 上述方案中，所述图像采集设备为图像传感器,可以为CCD或CMOS。
[0022] 上述方案中，所述信息处理设备由中央处理器和存储器组成。
[0023] 上述方案中，所述路况警示设备优选蜂鸣器。
[0024] 本发明的有益效果为：本发明利用多组激光线作为监测对象，照射距离远、工作稳定且在夜间工作效果良好；且监测装置能实时监测路面的凹坑深度、凸起高度，结构简单，不需要复杂的软件算法处理，结论可靠，能及时在路面通过性较差情况下及时提请驾驶员，大大提高了驾驶安全性。
附图说明
[0025] 图1为一种基于多组激光线的车载式路面凹凸监测装置的结构示意图；
[0026] 图2为一种基于多组激光线的车载式路面凹凸监测方法的工作流程图；
[0027] 图3为相机的工作原理图；
[0028] 图4为激光发射器在路面形成的网格状激光线组的形状示意图；
[0029] 图5为前方路面有凹坑时的纵向切面图；
[0030] 图6为前方路面有凹坑时相机拍摄到的部分图像示意图；
[0031] 图7为前方路面有凸起时的纵向切面图；
[0032] 图8为前方路面有凸起时相机拍摄到的部分图像示意图。
[0033] 图中：1-激光线发射器，2-摄像设备，3-信息处理设备，4-信息处理设备，5-路况警示设备。
具体实施方式
[0034] 下面结合附图对于本发明的具体实施作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
[0035] 如图1所示，一种基于多组激光线的车载式路面凹凸监测装置包括多组激光线发射器1、摄像设备2、图像采集设备3、信息处理设备4及路况警示设备5，摄像设备2对激光线发射器1发射的激光线信号在路面所成像进行实时监控，得到路面图像信号,图像采集设备3读取路面图像信号并转换成数字信号,然后传输给信息处理设备4,信息处理设备4分析计算路面凹坑深度或凸起高度,再与汽车最小离地间隙h比较，当路面通过性状况较差时通过路况警示设备5传递信号给驾驶员。
[0036] 激光线发射器1的激光线信号由红、黄、蓝三种颜色的激光交替组成，多种颜色的激光能有效解决不同路面情况下，相机捕捉不到单种颜色激光线的问题，提高装置准确度；摄像设备2采用相机，图像采集设备3为图像传感器,可以为CCD或CMOS，信息处理设备4由中央处理器和存储器组成；路况警示设备5优选蜂鸣器。
[0037] 装置的工作流程如图2所示，装置开始运行后，按照以下步骤：
[0038] S1，激光线发射器1与水平面呈α°向路面发射激光线信号，激光线信号在路面上形成分布均匀的网格状激光线组，如图4，横向激光线组编号为x0、x1、x2、x3、x4...xn，间隔距离为a；纵向激光线组编号为y1、y2、y3、y4...yn，间隔距离为b，激光线组交叉呈θ度角；
[0039] S2，摄像设备2与路面纵向成β°、与第一条横向激光线x0距离为c；
[0040] S3，图像采集设备3读取网格状激光线组在路面上变化情况所成的图像信号，并转换成数字信号；
[0041] S4，信息处理设备4分析计算路面的凹坑和凸起的坐标，确定凹坑或凸起与驾驶员之间的距离，并计算每个凹坑深度或凸起高度BC；
[0042] ①信息处理设备4检测到第n条横向激光线xn处为凹坑(图6)或凸起(图8)；
[0043] ②如图5、7所示，设横向激光线xn照射至凹坑最低点或凸起最高点为点C，设激光线发射器(1)为点F,CF与水平路面的交点为点A；设点C在水平路面的垂直投影为点B；设相机为点E，点C在AE上或其延长线上的垂直投影点为点D；
[0044] ③C、D两点之间的实际距离为CD，通过相机拍摄到的距离为CD’，路面的实际距离为CD与相机拍摄到的距离为CD’之间的关系为：CD＝CD'×Mn；
[0045] 相机的工作原理如图3所示，相机的焦距为f，物距为u，由透镜成像公式：
[0046] 由式(1)可得像距v：
[0047]
[0048] 由式(2)可得焦像距i：
[0049] v＝f+i (2)
[0050] 由式(3)可得相机放大倍率M：
[0051]
[0052] 其中L为物高，L'为像高；
[0053] 则相机与第n条横向激光线距离为：
[0054] Un＝c+n×a (4)
[0055] 由公式(3)可得相机到第n条横向激光线的放大倍率：
[0056]
[0057] ④AC之间的距离：
[0058] ⑤则凹坑或凸起的高度BC为：
[0059] S5，信息处理设备4将凹坑深度或凸起的高度BC与汽车的最小离地间隙h进行比较，若BCh，则将凹坑或凸起与驾驶员之间的距离传递给路况警示设备5，发出警告，提醒驾驶员采取减速或制动措施，提高安全性。
[0060] 以上所述对本发明进行了简单说明，并不受上述工作范围限值，只要采取本发明思路和工作方法进行简单修改运用到其他设备，或在不改变本发明主要构思原理下做出改进和润饰的等行为，均在本发明的保护范围之内。
