沥青路面构造深度三维检测系统软件开发

摘要

　　随着我国公路交通基础设施的大力发展，对已建高速公路的路面质量进行客观、准确、高效的检测，是实现交通信息化的前提和保障。本文以数字图像技术为基础，旨在研发一种用于沥青路面构造深度快速自动检测软件系统。

　　本文针对现阶段对沥青路面构造深度的检测方法，基于沥青路面构造深度三维检测硬件系统，提出开发一种基于 VC++的沥青路面构造深度三维检测系统软件。文中介绍了沥青路面构造深度实时检测系统软件在图像采集与保存方面的主要实现方法设计，通过比较分析选用多线程设计方案，实现三维图像数据的实时存储；通过 VC++ 6.0 和 SQLServer 2005 完成沥青路面构造深度三维检测系统软件的开发，详细介绍了软件组成结构，及软件功能的各模块设计。实现了沥青路面构造深度数据的采集、保存、分析、统计、三维数据图形化显示等功能，为用户提供了一种直观、可靠的检测手段。通过与检测系统硬件配合测试和检测结果验证，本套沥青路面构造深度三维图像检测软件完全符合预期的设计目标要求。

　　本文所设计的沥青路面构造深度三维检测系统有利于提高路面检测的效率、精度和自动化水平，为道路建成后的质量评价、道路养护，以及建立数字化的路况信息库提供科学客观的基础数据。具有科学、实时、客观、高效等优势，对社会、经济、环境具有重要的现实意义。

　　关键词：构造深度，数字图像，激光三角测距法，多线程

Abstract

　　Along with the development of highway traffic infrastructure in our country, It is the premise and guarantee of traffic information to have objective, accurate and efficient detection of the completed highway pavement’s quality. this paper aims to develop a software system for fast automatic detection of pavement structure depth.

　　According to the present stage on the depth of asphalt pavement structure detection method, based on the three dimensional depth of asphalt pavement structure detecting hardware system, put forward to develop a depth of asphalt pavement structure dimensional inspection system software based on vc + +.This paper introduces the main method design of the depth of asphalt pavement structure real-time detection system software in the aspect of image acquisition and preservation, through the comparative analysis to choose multi-threaded design scheme, realize 3D image data real-time storage;By VC++ 6.0 and SQL Server 2005 to complete the depth of asphalt pavement structure three dimensional test system software development, software structure is introduced in detail, and the software function module design. Realized the depth of asphalt pavement structure of data acquisition, storage, analysis, statistical analysis, graphical display three dimensional data etc. functions, provides users with an intuitive, reliable detection methods.Meet with the detection system hardware test and inspection results verification, this set of three-dimensional image depth of asphalt pavement structure detection software fully comply with the desired design objectives and requirements.

　　The study of the depth of asphalt pavement structure dimensional inspection system is conducive to improves the pavement testing efficiency, precision and automation level. It can provide scientific and objective data for the quality evaluation of road completion, road maintenance, as well as the establishment of digital road conditions information base.This study with the charecteristics of scientific, real-time, objective, high efficiency advantages has important practical significance in the society, economy and environment.

　　Key words: road structure depth, digital image, laser triangulation, multi-thread

　　随着综合国力的飞速增强，我国公路交通事业得以迅速发展，“十一五”期间我国基础设施建设进程明显加快，新增公路 63.9 万公里，其中高速公路 3.3 万公里。截至 2012 年末，中国公路通车总里程将突破 410 万公里，四通八达的全国公路网正在加速编织；全国高速公路通车总里程达 9.7 万公里，居世界第二，其中国家高速公路 5.77 万公里，“五纵七横”12 条国道主干线提前 13 年全部建成。

　　《十二五规划纲要》中指出：“十二五”期间要基本建成由 7 条放射线、9 条纵线和18 条横线组成的国家高速公路网，通车里程达到 8.3 万公里，基本覆盖 20 万以上人口城市。加大国省干线公路改造力度，国道二级及以上公路里程比重达到 70%以上，基本实现具备条件的县城通二级及以上标准公路[1]。

　　交通运输部制定的《交通运输“十二五”发展规划》指出：要全面完善公路网规划，推进国家公路网规划建设，形成层次清晰、功能完善、权责分明的干线公路网络系统，重点建设国家高速公路，实施国省道改造，继续推进农村公路建设；公路网规模进一步扩大，技术质量明显提升，公路总里程达到 450 万公里，二级及以上公路里程达到 65万公里，国省道总体技术状况达到良等水平，农村公路总里程达到 390 万公里；至 “十二五”末，我国国家高速公路网将基本建成，覆盖 90%以上的 20 万以上城镇人口城市，届时高速公路总里程将达到 10.8 万公里[2]。

　　以上数据足以表明公路在我国国民经济发展中所发挥的作用和我国各级政府大力发展公路交通事业的决心。人们对行车安全性和舒适性的要求也随着公路交通行业的发展在逐步提高，而公路的质量是影响这些性能的重要因素。为此，需要有一套完善的道路质量检测、控制和评价机制。

　　随着我国公路交通基础设施的大力发展，利用信息技术提高道路建设、养护和管理的现代化和信息化水平，提高行车安全性、舒适性和经济性，已经成为今后一段时期内交通信息工程领域的重要工作。对已建高速公路的路面质量进行客观、准确、高效的检测，进而对路面的功能性能、结构性能、结构承载力、安全性能进行综合分析和评价，是实现交通信息化的前提和保障。在众多刻画路面使用性能的特征中，构造深度是非常重要的特征之一，因为它是反映路面抗滑性能和行车安全最重要的一个因素。因此，本文以数字图像技术为基础，旨在研发一种用于路面构造深度快速自动检测与性能评定的软件系统。

　　本文借助硬件平台开发设计一种沥青路面构造深度三维检测软件系统。研究能够反映路面构造深度的数字图像特征描述方法，以及高性能实时图像处理方法，建立图像特征和构造深度之间的关联，计算路面构造深度与显示路面构造深度三维图像。

　　本文的实施将提高路面检测的效率、精度和自动化水平，有利于建立一套完整的道路质量检测和评价机制，为道路建成后的质量评价、道路养护，以及建立数字化的路况信息库提供科学客观的基础数据。

　　构造深度又称纹理深度，是路面粗糙度的重要指标，指一定面积的路表面凹凸不平的开口孔隙的平均深度[3]。路面构造深度是路面检测的一项重要内容，通过测定沥青路面表面构造深度，可以评定路面表面的宏观粗糙度、排水性能和抗滑性能，对路面的综合性能进行分析和评价。

　　目前构造深度的测量方法主要包括：铺砂法（手工铺砂法和电动铺砂法）、排水测定法、摆式仪法、激光构造仪法和数字图像法。本方法是将已知体积的标准砂摊铺在路面上，用底部粘有橡胶片的摊平板尽量将沙推平成一个圆形，砂的体积同所摊铺圆平均面积之比即为路面的构造深度[4]。适用于测定沥青路面及水泥混凝土路面表面构造深度，用以评定路面表面的宏观粗糙度、路面表面的排水性能及抗滑性能。

 　　沥青路面构造深度三维检测系统软件功能演示：

相机标定图

TCP/IP 设置

电动铺砂仪测量沥青试件 1 构造深度图

电动铺砂仪测量沥青路面构造深度图

检测系统测量沥青试件实验图

检测系统实测现场图

目 录

　　第一章 绪论
　　　　1.1 项目背景与研究意义
　　　　1.2 国内外研究现状
　　　　1.3 研究内容与技术路线
　　　　　　1.3.1 研究内容
　　　　　　1.3.2 技术路线
　　　　1.4 本章小结
　　第二章 沥青路面构造深度三维检测系统总体结构设计
　　　　2.1 沥青路面构造深度三维检测系统设计原理
　　　　2.2 沥青路面构造深度三维检测系统工作原理
　　　　2.3 沥青路面构造深度三维检测系统组成
　　　　2.4 沥青路面构造深度三维检测系统软件设计
　　　　　　2.4.1 沥青路面构造深度三维检测系统总体研究内容
　　　　　　2.4.2 沥青路面构造深度三维检测软件系统实现方法
　　　　2.5 后台数据库平台选择
　　　　　　2.5.1 常用数据库比较
　　　　　　2.5.2 SQL Server 数据库
　　　　2.6 本章小结
　　第三章 三维图像数据实时存储方法研究
　　　　3.1 三维图像数据实时存储方法设计需求分析
　　　　3.2 非定时器方案
　　　　3.3 定时器方案
　　　　3.4 多线程设计方案
　　　　　　3.4.1 多线程技术与实现原理
　　　　　　3.4.2 多线程技术在沥青路面构造深度三维检测系统中的应用
　　　　　　3.4.3 多线程技术在沥青路面构造深度三维检测系统中的作用及实际意义
　　　　3.5 本章小结
　　第四章 基于 VC++的沥青路面构造深度三维检测系统软件设计与实现
　　　　4.1 软件设计目的
　　　　4.2 软件功能设计介绍
　　　　4.3 软件功能模块设计
　　　　　　4.3.1 数据采集模块设计
　　　　　　4.3.2 数据处理模块设计
　　　　　　4.3.3 数据库管理模块设计
　　　　　　4.3.4 串口通信模块设计
　　　　4.4 软件功能实现
　　　　　　4.4.1 基本信息录入功能实现
　　　　　　4.4.2 沥青路面采集区域数据采集功能实现
　　　　　　4.4.3 沥青路面构造深度的计算及三维图像重构功能实现
　　　　　　4.4.4 基本信息以及相关数据保存功能实现
　　　　　　4.4.5 相机基本参数信息显示功能实现
　　　　4.5 本章小结
　　第五章 基于 VC++的沥青路面构造深度三维检测系统软件测试
　　　　5.1 软件测试
　　　　　　5.1.1 软件测试的方法
　　　　　　5.1.2 软件测试的阶段划分
　　　　　　5.1.3 测试系统环境要求
　　　　5.1.4 安装与卸载测试
　　　　5.2 软件测试准备工作与硬件检测
　　　　5.3 系统软件测试
　　　　　　5.3.1 系统黑盒测试
　　　　　　5.3.2 系统白盒测试
　　　　5.4 系统软件功能评价
　　　　5.5 系统总体评价
　　　　5.6 系统软件改进方案
　　　　5.7 本章小结
　　第六章 实验结果分析与比较
　　　　6.1 实验准备工作
　　　　　　6.1.1 实验对象的准备
　　　　　　6.1.2 相机视场的确定
　　　　　　6.1.3 系统相机标定
　　　　　　6.1.4 系统主要参数设置
　　　　6.2 试验检测
　　　　　　6.2.1 人工检测
　　　　　　6.2.2 沥青路面构造深度三维检测系统检测
　　　　6.3 计算结果及对比
　　　　6.4 沥青路面构造深度软件检测结果分析
　　　　6.5 本章小结
　　参考文献
　　攻读学位期间取得的研究成果
　　致 谢

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