摘要

　　隨著(zhù)交通行業(yè)的蓬勃發(fā)展，水泥混凝土路面在我國得到了廣泛應用。但由于各種因素的影響，水泥混凝土路面出現了不同程度的病害破損，對行車(chē)質(zhì)量和交通安全造成了不利的影響。錯臺就是一種常見(jiàn)的路面病害，錯臺的存在會(huì )顯著(zhù)降低路面使用壽命和破壞路面行車(chē)的舒適度。本文以數字圖像分析與處理為基礎，設計開(kāi)發(fā)了用于水泥混凝土路面錯臺三維檢測軟件系統。

　　針對現階段水泥混凝土路面錯臺檢測方法，本文在激光三角測量法基礎上，根據水泥混凝土路面的特性，提出了利用面陣相機結合線(xiàn)陣激光檢測技術(shù)測量錯臺方法，并基于 VC++和 SQL Server 2005 設計實(shí)現了水泥混凝土路面錯臺三維檢測系統軟件。本文首先給出了水泥混凝土路面錯臺三維檢測系統總體設計、硬件系統設計和軟件系統設計，然后給出了軟件開(kāi)發(fā)中使用的開(kāi)發(fā)平臺(Visual Studio 2008和SQLServer 2005)和關(guān)鍵技術(shù)(數據庫技術(shù)、水晶報表技術(shù)和多線(xiàn)程技術(shù))，最后給出了水泥混凝土路面錯臺三維檢測軟件系統的組成結構、功能模塊劃分以及各功能模塊的設計與實(shí)現。完成了水泥混凝土路面錯臺數據采集、保存、分析、三維數字化顯示、錯臺檢測記錄查詢(xún)、統計和報表打印等功能的設計需求。

　　本文所設計的水泥混凝土路面錯臺三維檢測系統有利于提高路面檢測的效率和精度，為道路建成投入使用后的質(zhì)量評價(jià)、養護，以及建立數字化的路況信息庫提供科學(xué)客觀(guān)的基礎數據。

　　關(guān)鍵詞：水泥混凝土路面，錯臺，三維檢測，激光三角測距法，VC++

Abstract

　　With the vigorous development of the transportation, cement concrete pavement has been widely used in our country. Because of the influence of various natural factors, the pavement appeared different degrees disease. All these have bad effects on the quality and safety of traffic. Joint faulting is a kind of pavement disease. The existence of the joint faulting will significantly reduce the service life of pavement and break the comfort of driving . This paper is based on the digital image technology, aims to develop a software system of three-dimension detection about cement concrete pavement joint faulting.

　　In view of the present stage detection method on the Joint faulting of cement concrete pavement, based on laser triangulation method, combined the properties of the cement concrete pavement, this paper puts forward a method to measure Joint faulting using the area array camera combines linear laser detection technology, design and realize the three-dimensional test software system of cement concrete pavement‘s joint faulting based on VC++ and SQL Server 2005.This paper, puts forward the overall design of three-dimension detection of cement concrete pavement joint faulting，the design of hardware system and software system firstly, then shows the development platform(Visual Studio 2008 and SQL Server 2005)and the key technologies(database technology, crystal reports technology and multi-threading technology) used in development of software, gives the structure and functional module of the three-dimension detection of cement concrete pavement joint faulting software system, and the design and implementation of each functional module lastly.

　　Completed the function design requirements of the data acquisition ,storage, analysis, three-dimension digital display of the joint faulting of cement concrete pavement , the check of joint faulting detection records, the printing of statistics and report.

　　The three-dimension detection system of cement concrete pavement joint faulting designed in this paper improves the pavement testing efficiency and precision . It can provide scientific and objective based data for the quality evaluation after the roads are built and put into use , as well as the establishment of road conditions digital information.

　　Key words: cement concrete pavement ;joint faulting ;three-dimension detection ;laser triangulation method ;VC++

　　世界上第一條水泥混凝土路誕生于 1868 年，是由蘇格蘭人鋪筑的，用于運送貨物到因弗內斯。19 世紀末，美國和德國也開(kāi)始鋪設水泥混凝土路面。隨著(zhù)各種生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)工藝的發(fā)展，水泥混凝土路面得到了快速的發(fā)展。從二十世紀二十年代開(kāi)始，世界各國開(kāi)始著(zhù)重發(fā)展水泥混凝土路面，主要用于城市道路的建設和飛機場(chǎng)跑道的建設。

　　截止到 2011 年底，水泥混凝土路面在世界各國的交通道路網(wǎng)，尤其是交通量比較大的道路中已經(jīng)占據了相當大的比例。比如，美國的水泥混凝土路面在其洲際高速公路中的比重已經(jīng)超過(guò) 60%。在我國，水泥混凝土路面雖然出現的比較晚，但在道路交通中的發(fā)展十分迅速。我國在 1970 年，由于水泥比較緊缺、技術(shù)比較落后等因素，鋪設的水泥混凝土的公路總里程只有大約200公里，在我國高級公路路面的總里程數中僅占0.9%。

　　隨著(zhù)我國綜合實(shí)力的提高，近年來(lái)水泥混凝土路面在各個(gè)領(lǐng)域的路面建設中的比例日益加大。到 2012 年底，我國鋪設的公路路面總里程已經(jīng)達到了 229.51 萬(wàn)公里，與 2011年相比增加了 19.17 萬(wàn)公里。其中瀝青路面和水泥混凝土路面總里程分別為 64.19 萬(wàn)公里和 165.32 萬(wàn)公里，與 2011 年相比，分別增加了 5.06 萬(wàn)公里和 14.10 萬(wàn)公里[1]。

　　我國之所以大力發(fā)展水泥混凝土路面，是因為水泥混凝土路面和瀝青路面相比，有如下幾個(gè)優(yōu)勢：(1) 水泥混凝土路面抗壓能力比較高，抗磨耗和抗彎的力學(xué)強度也比較高，受外界自然環(huán)境和氣候的影響發(fā)生的形變也比較小，因而具有比較好的穩定性和耐久性，特別是隨著(zhù)使用時(shí)間的增長(cháng)它的強度一般都會(huì )增強，因而水泥混凝土公路的使用年限一般都比較長(cháng)。不像瀝青路面那樣，隨著(zhù)使用時(shí)間的增加而容易產(chǎn)生“老化” 的現象。修建質(zhì)量合格的水泥混凝土路面在允許的重載車(chē)輛通行的情況下，能正常使用長(cháng)達三十年至四十年；(2)雖然一般情況下水泥混凝土路面都存在許多的接縫，但由于它的表面很少存在波浪變形和比較大的起伏，因而在通行各種重型車(chē)輛時(shí)，都能夠保證比較良好的平整度。同時(shí)，水泥混凝土路面在降雨天氣時(shí)仍能保持足夠的粗糙度，和較大的摩擦系數，從而防止車(chē)輛打滑，保證車(chē)輛的安全行駛；(3)由于水泥混凝土路面一般都堅固耐久，因而在使用過(guò)程中養護和維修的工作量都比較小。所以，一旦水泥混凝土路面修建完成投入使用，后期所需要的養護費用與瀝青路面相比明顯的減少。因此水泥混凝土路面具有較高的經(jīng)濟效益；(4)水泥混凝土路面反光力比較強，路面的變化狀況容易引起司機的注意，有利夜間行車(chē)[2]。

　　由此可見(jiàn)，水泥混凝土路面使用年限長(cháng)，維修的工作量小，養護費用低，能較好地適應現代化交通建設。此外，水泥混凝土路面還具有耐久性好，穩定性好以及強度高等特質(zhì)，具有現代化交通建設成本上的優(yōu)勢。因此，我國雖然水泥混凝土路面出現的比外國晚，但在道路交通建設中得到了廣泛的應用[3]。

　　但是，水泥混凝土路面也存在一些無(wú)法避免的缺點(diǎn)與不足。水泥混凝土路面在鋪設的時(shí)候需要設置足夠數量的構造縫，這些構造縫會(huì )加大整個(gè)道路的施工難度，使得道路養護的復雜程度明顯增加。如果對接縫的處理不當，在行車(chē)過(guò)程中會(huì )出現跳車(chē)的現象，這會(huì )明顯的影響行車(chē)的舒適度。水泥混凝土路面的修復工作比較困難，因為路面一旦被損壞，開(kāi)挖修復工作比較困難，而且修補工作量也相對比較大，同時(shí)修復工作會(huì )給城市道路交通的運行帶來(lái)較大影響。

　　雖然，水泥混凝土路面在我國呈現持續高速發(fā)展的態(tài)勢，但由于在道路設計、施工、后期養護以及運營(yíng)等方面仍然存在著(zhù)許多技術(shù)問(wèn)題，這便導致了水泥混凝土路面的早期病害隨處可見(jiàn)。這使得水泥混凝土路面不僅沒(méi)有體現出其固有的使用壽命比較長(cháng)、使用期內養護維修費用比較少和穩定性比較強等優(yōu)勢，反而進(jìn)一步凸顯出了其維修工作量大和對交通影響大等缺點(diǎn)，嚴重制約了水泥混凝土路面的發(fā)展[4]。因此，道路養護部門(mén)應該及時(shí)采取有效的養護措施對水泥混凝土路面進(jìn)行必要的養護。制定養護決策的基礎是對當前路況建立準確、客觀(guān)的認識，這就需要對待養護的水泥混凝土路面破損狀況進(jìn)行檢測[5]。

　　錯臺是水泥混凝土路面路面平整度的一個(gè)非常重要的指標，同時(shí)也是水泥混凝土路面最常見(jiàn)和最主要的病害之一。錯臺的意思是在水泥混凝土路面相鄰的兩塊水泥板在其接縫處產(chǎn)生相對豎直方向位移的現象。錯臺的存在會(huì )使路面的使用壽命顯著(zhù)降低，并且會(huì )破壞路面的行車(chē)舒適度。

　　關(guān)于水泥混凝土路面的錯臺是如何產(chǎn)生的、如何進(jìn)行分級和如何進(jìn)行處治[6]，國內外研究人員已開(kāi)展了大量的研究。錯臺的分級和處治方法為水泥混凝土路面養護管理部門(mén)對路面的養護和管理提供了依據，如果錯臺分級不當，路面處治方法也會(huì )相應地出現偏差，不僅浪費人力物力，還解決不了實(shí)際問(wèn)題。因此，實(shí)現水泥混凝土路面錯臺的檢測有著(zhù)重要的研究?jì)r(jià)值和現實(shí)意義。本文來(lái)源于題為《路面狀況自動(dòng)檢測與評價(jià)技術(shù)研究》的國家西部交通建設科技項目，本文的研究?jì)热菔俏牡囊粋�(gè)重要組成部分。

　　國際高速公路研究協(xié)會(huì )(NCHRP, National Cooperative Highway Research Program)對包括聯(lián)邦公路局、加拿大各省份、美國各州以及世界道路協(xié)會(huì )等 56 個(gè)在業(yè)界有一定權威性的道路交通部門(mén)多年來(lái)實(shí)際使用的錯臺檢測技術(shù)進(jìn)行了調研、分析，結果證明，當前使用普遍而且檢測結果能得到認可的錯臺檢測方法主要分為兩大類(lèi)：人工檢測的方法和自動(dòng)檢測的方法。

　　佐治亞電子錯臺儀可以用來(lái)簡(jiǎn)單地測量水泥混凝土路面接縫處的錯臺量。水泥混凝土路面錯臺量的意思是水泥混凝土路面中相鄰兩塊水泥板的橫向接縫處的相對高差[7]。

　　使用時(shí)，將錯臺儀的支架底座放置于接縫上的車(chē)輛駛出板，通過(guò)按壓裝在提手處的按鈕就可以直接獲取所測接縫處的錯臺量，數據以毫米為單位[8]。

　　水泥混凝土路面錯臺三維檢測軟件測試：

基于激光三角法的圖像采集平臺連接示意圖

基于激光三角法的圖像采集平臺實(shí)物連接圖

系統軟件主界面

為輸入信息系統的提示對話(huà)框

顯示基本信息的主界面

采集區域實(shí)時(shí)輪廓圖的顯示

相機采集并處理數據時(shí)軟件進(jìn)行提示

目 錄

　　第一章 緒論
　　　　1.1 研究背景及意義
　　　　1.2 國內外研究現狀
　　　　1.3 本文主要研究?jì)热莺徒Y構安排
　　第二章 水泥混凝土路面錯臺三維檢測系統總體結構設計
　　　　2.1 水泥混凝土路面錯臺三維檢測系統設計原理
　　　　　　2.1.1 水泥混凝土路面錯臺三維檢測系統設計原理
　　　　　　2.1.2 水泥混凝土路面錯臺三維檢測系統工作流程
　　　　2.2 水泥混凝土路面錯臺三維檢測系統硬件結構設計
　　　　2.3 水泥混凝土路面錯臺三維檢測系統軟件結構設計
　　　　2.4 本章小結
　　第三章 水泥混凝土路面錯臺三維檢測系統開(kāi)發(fā)環(huán)境與關(guān)鍵技術(shù)
　　　　3.1 水泥混凝土路面錯臺三維檢測系統開(kāi)發(fā)環(huán)境
　　　　3.2 水泥混凝土路面錯臺三維檢測系統開(kāi)發(fā)平臺
　　　　　　3.2.1 Visual Studio 2008
　　　　　　3.2.2 SQL Server 2005
　　　　3.3 水泥混凝土路面錯臺三維檢測系統關(guān)鍵技術(shù)
　　　　　　3.3.1 ADO 數據庫操作技術(shù)
　　　　　　3.3.2 水晶報表技術(shù)
　　　　　　3.3.3 三維圖像數據實(shí)時(shí)存儲方法
　　　　3.4 本章小結
　　第四章 水泥混凝土路面錯臺三維檢測系統軟件設計與實(shí)現
　　　　4.1 軟件設計要求
　　　　4.2 軟件功能設計
　　　　　　4.2.1 水泥混凝土路面錯臺三維檢測系統軟件開(kāi)發(fā)模型選擇
　　　　　　4.2.2 水泥混凝土路面錯臺三維檢測系統軟件設計
　　　　4.3 軟件功能模塊設計
　　　　　　4.3.1 數據采集模塊設計
　　　　　　4.3.2 數據處理模塊設計
　　　　　　4.3.3 后臺數據庫設計
　　　　　　4.3.4 查詢(xún)統計結果報表設計
　　　　　　4.3.5 串口通訊模塊設計
　　　　4.4 軟件功能實(shí)現
　　　　　　4.4.1 基本信息錄入功能實(shí)現
　　　　　　4.4.2 三維數據采集功能實(shí)現
　　　　　　4.4.3 基于 matlab 混合編程的數據處理及三維顯示功能實(shí)現
　　　　　　4.4.4 基本信息以及相關(guān)數據保存功能實(shí)現
　　　　　　4.4.5 查詢(xún)統計結果報表功能實(shí)現
　　　　　　4.4.6 相機基本參數顯示功能實(shí)現
　　　　4.5 本章小結
　　第五章 水泥混凝土路面錯臺三維檢測系統軟件測試
　　　　5.1 軟件測試概述
　　　　　　5.1.1 軟件測試的原則
　　　　　　5.1.2 軟件測試的方法
　　　　　　5.1.3 軟件測試的階段劃分
　　　　5.2 系統軟件測試準備工作
　　　　　　5.2.1 測試系統環(huán)境要求
　　　　　　5.2.2 軟件測試硬件準備工作
　　　　5.3 系統軟件測試
　　　　　　5.3.1 軟件測試概要
　　　　　　5.3.2 軟件測試結果
　　　　5.4 系統軟件功能評價(jià)
　　　　5.5 系統軟件改進(jìn)方案
　　　　5.6 本章小結
　　參考文獻
　　攻讀學(xué)位期間取得的研究成果
　　致 謝

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