本實用新型涉及地面探測領域，具體而言，涉及一種車載道路塌陷探測系統(tǒng)。

背景技術：

隨著城市道路建設、地鐵建設、地下空間開發(fā)以及城市車輛急劇增加，由于道路車流量大、路面老化、路基沉降、雨水沖刷、路面滲水、地下管道漏水等原因，使道路地下路基出現(xiàn)空洞，從而導致路面開裂、變形、沉降、塌陷等問題。通過有效的地下探測手段，積極開展城市道路塌陷的檢測和控制，減少道路病害引發(fā)的交通問題，顯得尤為重要。

相關技術中對道路塌陷的探測主要使用電磁波雷達探測。電磁波雷達探測采用電磁波方法探測具有介電性差異的兩種地下介質的分界面。探測時，發(fā)射天線發(fā)射高頻寬頻帶電磁波，并通過接收天線接收來自地下介質界面的反射波。當電磁波在介質中傳播時，其路徑、電磁場強度及波形、相位等隨所穿越介質的電磁特性及幾何形態(tài)而變化。因此，通過檢測回波時間、幅度、相位等參量，可以解譯出探測目標的深度、介質特性及結構等信息。

但是由于現(xiàn)有的電磁波雷達探測產(chǎn)品不是針對城市道路病害檢測需求而研制的專用產(chǎn)品，應用于城市道路病害檢測時存在以下缺陷：

1、雷達發(fā)射天線向地下輻射電磁波的同時，也向空中輻射，向空中輻射的電磁波遇到地面上的電線、電線桿、橋梁等目標時，產(chǎn)生電磁波的反射和/或散射，該反射和/或散射電磁波與來自地面下空洞產(chǎn)生的反射波和/或散射波相互交織在一起，形成干擾，導致虛警。而且，由于來自地面下空洞的回波受到地下介質的衰減，地面上的干擾信號往往強于地面下空洞的回波信號，嚴重時會掩蓋掉地面下空洞的回波信號，導致漏檢，最終導致電磁波雷達探測產(chǎn)品對道路塌陷的探測結果不準確。

2、電磁波雷達探測產(chǎn)品是通用型產(chǎn)品，缺乏專用于城市道路病害檢測與分析處理的專用軟件。

3、現(xiàn)有的電磁波雷達探測產(chǎn)品維護維修費用昂貴，且維修時間較長，不符合實際應用需求。

4、電磁波雷達探測產(chǎn)品操作復雜，要求操作者具有較高的專業(yè)知識，不適用于大多數(shù)工作人員使用，影響用戶使用體驗。

針對相關技術中電磁波雷達探測產(chǎn)品對道路塌陷的探測結果不準確的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型實施例提供了一種車載道路塌陷探測系統(tǒng)，以至少解決相關技術中電磁波雷達探測產(chǎn)品對道路塌陷的探測結果不準確的技術問題。

根據(jù)本實用新型實施例的一個方面，提供了一種車載道路塌陷探測系統(tǒng)，包括：至少兩個發(fā)射天線，安裝在拖車底部，用于向待探測道路發(fā)射不同頻率的至少兩路探測信號，其中，探測信號為用于探測道路塌陷的信號；信號接收機，安裝在拖車底部，用于獲取至少兩路探測信號經(jīng)過地下介質界面反射產(chǎn)生的至少兩路回波信號；以及控制器，與信號接收機相連接，用于從至少兩路回波信號中獲取回波數(shù)據(jù)并根據(jù)回波數(shù)據(jù)檢測道路是否塌陷。

進一步地，探測系統(tǒng)還包括：光電編碼器，安裝在拖車的測量輪上，光電編碼器隨著測量輪的轉動產(chǎn)生脈沖信號以檢測拖車的速度和里程，光電編碼器，與控制器相連接，用于根據(jù)脈沖信號觸發(fā)控制器按照預設頻率從至少兩路回波信號中獲取回波數(shù)據(jù)。

進一步地，探測系統(tǒng)還包括：處理器，通過數(shù)據(jù)接口與控制器相連接，用于與控制器進行數(shù)據(jù)交互，數(shù)據(jù)交互包括：向控制器發(fā)送控制指令；從控制器中獲取回波數(shù)據(jù)。

進一步地，處理器包括：存儲器，與數(shù)據(jù)接口相連接，用于存儲從控制器中獲取到的回波數(shù)據(jù)；以及觸控顯示屏，與數(shù)據(jù)接口相連接，用于接收用戶輸入的控制指令以及顯示回波數(shù)據(jù)。

進一步地，探測系統(tǒng)還包括：定位裝置，安裝在拖車的頂部，用于采集探測系統(tǒng)的位置信息，處理器，通過串口與定位裝置相連接，用于在獲取回波數(shù)據(jù)的同時建立回波數(shù)據(jù)與回波數(shù)據(jù)被獲取時探測系統(tǒng)的位置信息的對應關系。

進一步地，探測系統(tǒng)還包括：傳輸裝置，一端與信號接收機相連接，另一端與控制器相連接，用于將回波信號發(fā)送至控制器，其中，傳輸裝置的數(shù)量不少于探測信號的路數(shù)。

進一步地，傳輸裝置包括：信號放大器，與信號接收機相連接，用于對回波信號 進行放大處理；以及模數(shù)轉換器，與信號放大器相連接，用于將放大后的回波信號轉換為數(shù)字回波數(shù)據(jù)。

進一步地，信號放大器為可變增益放大器，其中，控制器與信號放大器相連接，用于控制信號放大器的增益倍數(shù)。

進一步地，控制器，分別與至少兩個發(fā)射天線相連接，用于向至少兩個發(fā)射天線發(fā)送至少兩路觸發(fā)信號觸發(fā)至少兩個發(fā)射天線向待探測道路發(fā)射不同頻率的至少兩路探測信號。

進一步地，信號接收機包括：屏蔽天線，屏蔽天線的結構為一對偶極子單元折合成開口向下的喇叭形，發(fā)射天線的結構為一對偶極子單元折合成開口向下的喇叭形。

在本實用新型實施例中，車載道路塌陷探測系統(tǒng)包括至少兩個發(fā)射天線，安裝在拖車底部，用于向待探測道路發(fā)射不同頻率的至少兩路探測信號，其中，探測信號為用于探測道路塌陷的信號；信號接收機，安裝在拖車底部，用于獲取至少兩路探測信號經(jīng)過地下介質界面反射產(chǎn)生的至少兩路回波信號；以及控制器，與信號接收機相連接，用于從至少兩路回波信號中獲取回波數(shù)據(jù)并根據(jù)回波數(shù)據(jù)檢測道路是否塌陷，通過利用不同頻率的多路探測信號由地下各層介質界面反射的回波信號進行分析，達到了探測道路塌陷的目的，從而實現(xiàn)了提高道路探測探測結果準確性的技術效果，進而解決了相關技術中電磁波雷達探測產(chǎn)品對道路塌陷的探測結果不準確的技術問題。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構成本申請的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中：

圖1是根據(jù)本實用新型實施例的車載道路塌陷探測系統(tǒng)的示意圖；

圖2是根據(jù)本實用新型實施例的一種可選的車載道路塌陷探測系統(tǒng)的示意圖；

圖3是根據(jù)本實用新型實施例的車載道路塌陷探測系統(tǒng)的傳輸裝置的示意圖；

圖4是根據(jù)本實用新型實施例的車載道路塌陷探測系統(tǒng)的信號放大器的示意圖；以及

圖5是根據(jù)本實用新型實施例的車載道路塌陷探測系統(tǒng)的采集回波數(shù)據(jù)的時鐘系統(tǒng)的示意圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型方案，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分的實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本實用新型保護的范圍。

需要說明的是，本實用新型的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當情況下可以互換，以便這里描述的本實用新型的實施例能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列單元的過程、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設備不必限于清楚地列出的那些單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對于這些過程、產(chǎn)品或設備固有的其它單元。

根據(jù)本實用新型實施例，提供了一種車載道路塌陷探測系統(tǒng)的實施例。

圖1是根據(jù)本實用新型實施例的車載道路塌陷探測系統(tǒng)的示意圖，如圖1所示，該探測系統(tǒng)可以包括：

至少兩個發(fā)射天線，比如發(fā)射天線112和114，安裝在拖車底部，用于向待探測道路發(fā)射不同頻率的至少兩路探測信號，其中，探測信號為用于探測道路塌陷的信號；信號接收機13，安裝在拖車底部，用于獲取至少兩路探測信號經(jīng)過地下介質界面反射產(chǎn)生的至少兩路回波信號；以及控制器15，與信號接收機相連接，用于從至少兩路回波信號中獲取回波數(shù)據(jù)并根據(jù)回波數(shù)據(jù)檢測道路是否塌陷。

需要說明的是，圖1中僅為探測系統(tǒng)的連接示意圖，對于發(fā)射天線、信號接收機以及控制器在拖車中的位置圖1并未示出。圖1中僅示出包括兩個發(fā)射天線112和114的情形，但并不代表本實用新型實施例中的探測系統(tǒng)中只包括兩個發(fā)射天線。該探測系統(tǒng)利用不同頻率的多路探測信號由地下各層介質反射的回波信號進行道路塌陷的探測，能夠解決相關技術中電磁波雷達探測產(chǎn)品對道路塌陷的探測結果不準確的技術問題，進而達到提高道路塌陷探測準確性的效果。

圖2是根據(jù)本實用新型實施例的一種可選的車載道路塌陷探測系統(tǒng)的示意圖，如圖2所示，該探測系統(tǒng)除了包括圖1中所示的發(fā)射天線112和114、信號接收機13以及控制器15以外，還可以包括：

光電編碼器17，安裝在拖車的測量輪上，光電編碼器隨著測量輪的轉動產(chǎn)生脈沖 信號，利用該脈沖信號可以檢測拖車的速度和里程。光電編碼器17還可以與控制器15相連接，用于根據(jù)脈沖信號觸發(fā)控制器15按照預設頻率從至少兩路回波信號中獲取回波數(shù)據(jù)。

處理器19，通過數(shù)據(jù)接口，比如USB接口，與控制器15相連接，用于與控制器15進行數(shù)據(jù)交互，其中，處理器19與控制器15之間的數(shù)據(jù)交互可以包括：處理器19向控制器15發(fā)送控制指令，該控制指令可以控制探測系統(tǒng)的工作狀態(tài)；處理器19從控制器15中獲取回波數(shù)據(jù)。具體地，處理器19可以包括：存儲器，與數(shù)據(jù)接口相連接，用于存儲從控制器15中獲取到的回波數(shù)據(jù)；觸控顯示屏，與數(shù)據(jù)接口相連接，用于接收用戶輸入的控制指令以及顯示回波數(shù)據(jù)。

定位裝置21，安裝在拖車的頂部，用于采集探測系統(tǒng)的位置信息，比如探測系統(tǒng)所在經(jīng)緯度坐標信息，利用定位裝置21還可以實現(xiàn)對拖車行駛軌跡的準確定位。處理器19可以通過串口，比如RS232與定位裝置21相連接，用于在獲取回波數(shù)據(jù)的同時建立回波數(shù)據(jù)與回波數(shù)據(jù)被獲取時探測系統(tǒng)的位置信息的對應關系，以達到準確定位道路塌陷位置的目的。

作為一種可選的實施例，該探測系統(tǒng)還可以包括：至少一個傳輸裝置，每個傳輸裝置一端與信號接收機13相連接，另一端與控制器15相連接，用于將信號接收機13采集到的回波信號發(fā)送至控制器15，其中，傳輸裝置的數(shù)量不少于探測信號的路數(shù)。每一個傳輸裝置作為一個采集通道，對一定頻率的回波信號進行信號傳輸以及變換，并將變換后的數(shù)字回波數(shù)據(jù)傳輸給控制器15。圖3是根據(jù)本實用新型實施例的車載道路塌陷探測系統(tǒng)的傳輸裝置的示意圖，如圖3所示，傳輸裝置14可以包括：信號放大器142，與信號接收機13相連接，用于對回波信號進行放大處理；以及模數(shù)轉換器(Analog-to-Digital Converter，簡稱為ADC)144，與信號放大器142相連接，用于將放大后的回波信號轉換為數(shù)字回波數(shù)據(jù)。該探測系統(tǒng)中的控制器15與各個傳輸裝置分別連接，用于接收數(shù)字回波數(shù)據(jù)，以及對該數(shù)字回波數(shù)據(jù)進行初步處理。

信號放大器142可以使用各種類型的固定放大增益或者可變增益的運算放大器。由于在無線電磁波傳播路徑中尤其是經(jīng)過反射的回波信號強度變化較大，為了使由于接收信號強度的變化而造成的接收的信號的電平變化維持恒定和減少解調誤差，本實用新型實施例的探測系統(tǒng)將信號放大器142優(yōu)選為可變增益放大器(Variable-Gain Amplifier，簡稱為VGA)，其中，控制器15可以與信號放大器142相連接，用于控制信號放大器142的增益倍數(shù)。圖4是根據(jù)本實用新型實施例的車載道路塌陷探測系統(tǒng)的信號放大器的示意圖，如圖4所示，控制器15輸出的增益控制信號經(jīng)過數(shù)模轉換器(Digital-to-Analog Converter，簡稱為DAC)146轉換為模擬電壓信號，信號放大 器142按照模擬電壓信號的大小改變放大增益倍數(shù)，使回波信號的大小維持在一定范圍內，以減小誤差。

為增大數(shù)模轉換器146的驅動能力以及阻抗變換，數(shù)模轉換器146輸出的模擬信號可以為差分電壓信號，數(shù)模轉換器146和信號放大器142之間設置有第一信號變壓器148，第一信號變壓器148用于將上述差分電壓信號轉換為單端電壓形式的模擬信號，從而有效地增加了數(shù)模轉換器146的驅動能力，并使阻抗匹配。上述單端電壓形式的模擬信號還可以再經(jīng)過低通濾波器進行濾波，使得輸出電壓信號為帶限信號，以減小輸出電壓中的帶外噪聲，濾波后的電壓經(jīng)過放大后接到增益控制器的電壓控制管腳，使用濾波處理的增益控制信號進行增益控制，可以提高信號采集的精確性。

本實用新型實施例的探測系統(tǒng)中控制器15可以按照預設頻率從信號接收機13中接收回波信號，并從回波信號中獲取數(shù)字回波數(shù)據(jù)。其中，預設頻率可以通過如圖5所示的時鐘系統(tǒng)設定，該時鐘系統(tǒng)可以包括：晶振41、時鐘扇出芯片43、以及頻率合成器45，其中，時鐘扇出芯片45用于將晶振41生成的時鐘信號分成兩路，其中一路發(fā)送給控制器15，另一路發(fā)送給頻率合成器45的輸入口；頻率合成器45的輸出口連接至數(shù)模轉化器146的采集時鐘接口，也就是輸出數(shù)模轉化器146的采樣時鐘DACCLK。

為了有效地減小信號的偏差，獲得更好的信號均衡性在信號放大器142和模數(shù)轉化器144之間設置了一個級聯(lián)變壓器51，用于將放大后的回波信號轉換為差分回波信號，并將差分回波信號分別傳輸至模數(shù)轉化器144中。模數(shù)轉化器144分別對差分回波信號的兩路信號進行采集，由控制器15進行處理還原。級聯(lián)變壓器51的使用不僅可以有效地減小差分輸出兩端信號的偏差，獲得很好的信號均衡性，還可以增加信號的驅動，有利于提高模數(shù)轉化器144的工作性能。

可選地，控制器15可以分別與至少兩個發(fā)射天線相連接，用于向至少兩個發(fā)射天線發(fā)送至少兩路觸發(fā)信號觸發(fā)至少兩個發(fā)射天線向待探測道路發(fā)射不同頻率的至少兩路探測信號，也就是說，發(fā)射天線在控制器15的控制下發(fā)射探測信號，探測信號的時序由控制器15控制，結構更加緊湊，控制流程更加簡化。發(fā)射天線還可以將發(fā)射的探測信號的時序信號發(fā)送給控制器15，控制器15根據(jù)以上時序信號控制模數(shù)轉化器144和數(shù)模轉換器146進行采集工作?？刂破?5向至少兩個發(fā)射天線輸出多路觸發(fā)信號；至少兩個發(fā)射天線在多路觸發(fā)信號的觸發(fā)下向測試區(qū)域的地面發(fā)射不同頻率的多路探測信號，然后控制器15根據(jù)向至少兩個發(fā)射天線輸出多路觸發(fā)信號的時序控制模數(shù)轉化器144的延時量以及協(xié)調信號放大器142控制電壓的時序關系，使信號的變化滿足時變增益的需要。

本實施例的車載道路塌陷探測系統(tǒng)還可以提供對回波數(shù)據(jù)的進一步分析以及其它 高級應用?；谶@種因素，本實施例的車載道路塌陷探測系統(tǒng)還可以包括定位裝置，用于獲取被測區(qū)域的位置數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲裝置，分別與控制器和定位裝置連接，用于存儲回波數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)。通過定位裝置和數(shù)據(jù)存儲裝置可以將被測區(qū)域的位置信息和地下探測數(shù)據(jù)進行關聯(lián)，為數(shù)據(jù)分析提供數(shù)據(jù)基礎。其中定位裝置可以使用全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，簡稱為GPS)，則位置數(shù)據(jù)為GPS定位裝置獲取的被測區(qū)域的經(jīng)度、緯度以及高度信息的相關數(shù)據(jù)。

可選地，本實施例的地下空洞探測系統(tǒng)還可以包括：數(shù)據(jù)處理裝置，與數(shù)據(jù)存儲裝置連接，用于使用回波數(shù)據(jù)繪制回波圖譜，并將回波圖譜與被測區(qū)域在電子地圖上位置的進行對應。上述圖譜可以按照上述在電子地圖上位置進行顯示。也可以在探測完成后，按照上述電子地圖上的位置進行探測數(shù)據(jù)的調取回看。比如，點擊電子地圖上的測試區(qū)域，相應顯示該區(qū)域內的探測圖譜。該探測圖譜可以包括二維繪圖圖像和回波波形等。

上述數(shù)據(jù)處理裝置還可以使用回波數(shù)據(jù)進行道路塌陷分析，并根據(jù)所述回波數(shù)據(jù)的分析結果生成道路塌陷分析報表。數(shù)據(jù)處理裝置實現(xiàn)了利用回波數(shù)據(jù)的高級應用，可以實現(xiàn)探測數(shù)據(jù)的采集、處理、展示和查詢統(tǒng)計，并能進行滿足下列需求：1.實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集前的設置，采集后將數(shù)據(jù)進行入庫；2.實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)的同步顯示，并能自動進行道路塌陷分析和標注功能；3.對采集成果和道路塌陷數(shù)據(jù)可以進行基本的查詢統(tǒng)計和分析，并能制作相應的數(shù)據(jù)報表。

上述數(shù)據(jù)存儲裝置和數(shù)據(jù)處理裝置可以集成在處理器19中，與控制器的連接方式可以使用以太網(wǎng)、串口、無線、USB等多種接口方式進行連接。本實施例的車載道路塌陷探測系統(tǒng)實時采集回波數(shù)據(jù)以及被測區(qū)域的位置數(shù)據(jù)(GPS實時數(shù)據(jù))，對上述數(shù)據(jù)進行存儲并進行道路塌陷分析，將分析后的結果實時的標繪到準確的地理位置，并能將分析數(shù)據(jù)與地圖互聯(lián)，通過對分析數(shù)據(jù)的管理達到定位、查詢、分析等功能，并可以生成相關報表。

上述探測系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)可以使用三維地理信息平臺GD-Earth開發(fā)而來，GD-Earth三維地理信息平臺基于OSG(Open Scene Graph)技術，同時集成最新的地理信息和三維軟件技術，具有大范圍的、海量的、多源的數(shù)據(jù)一體化管理和快速三維實時漫游功能，支持精細場景仿真和設備查詢，方便快速構建三維地理信息和虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。其中上述多源的數(shù)據(jù)包括但不限于數(shù)字立體模型(Digital Elevation Model，簡稱為DEM)、數(shù)字正射影像圖(Digital Orthophoto Map，簡稱為DOM)、數(shù)字線劃地圖(Digital Line Graphic，簡稱為DLG)以及三維模型數(shù)據(jù)，上述信息平臺利用空間分割技術和多線程技術實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的動態(tài)管理，能夠支持TB級的地形數(shù)據(jù)的管理。 同時支持TB級數(shù)據(jù)量的流暢動態(tài)加載卸載，高效的多線程渲精細渲染引擎及模型數(shù)據(jù)動態(tài)加卸載調度，保證了程序運行的流暢性，同時減少了網(wǎng)絡用戶的等待時間。

為了使天線本身具有一定的定向性而不需要外加屏蔽設備，能夠減小天線的后向輻射來提高探測效果，該實施例中的信號接收機包括屏蔽天線，該屏蔽天線的結構為一對偶極子單元折合成開口向下的喇叭形，發(fā)射天線的結構也為一對偶極子單元折合成開口向下的喇叭形，從而達到向地下輻射的定向性目的。通過這樣的改進，不僅可以減少天線的后向輻射，增大前后輻射比，而且還可以減小天線的體積，使得整個系統(tǒng)體積減小，易于安裝。

根據(jù)本實用新型的技術方案，車載道路塌陷探測系統(tǒng)包括至少兩個發(fā)射天線，安裝在拖車底部，用于向待探測道路發(fā)射不同頻率的至少兩路探測信號，其中，探測信號為用于探測道路塌陷的信號；信號接收機，安裝在拖車底部，用于獲取至少兩路探測信號經(jīng)過地下介質界面反射產(chǎn)生的至少兩路回波信號；以及控制器，與信號接收機相連接，用于從至少兩路回波信號中獲取回波數(shù)據(jù)并根據(jù)回波數(shù)據(jù)檢測道路是否塌陷，該探測系統(tǒng)利用不同頻率的多路探測信號由地下各層介質反射的回波信號進行道路塌陷的探測，解決了相關技術中電磁波雷達探測產(chǎn)品對道路塌陷的探測結果不準確的技術問題，實現(xiàn)了提高道路探測探測結果準確性的技術效果。

上述本實用新型實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。

在本實用新型的上述實施例中，對各個實施例的描述都各有側重，某個實施例中沒有詳述的部分，可以參見其他實施例的相關描述。在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的技術內容，可通過其它的方式實現(xiàn)。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。