CN101619970A - 一种路面纵断面测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路面纵断面测量方法，获得定姿定位装置测量的车体与水平面的横滚角，获得激光测距装置测量的距离，包括：获得定姿定位装置测量的车体离心加速度；通过所述横滚角、车体离心加速度、车体水平加速度获得路面横向坡度，通过所述路面横向坡度、激光测距装置测量的距离、车体与水平面的横滚角获得路面与车体之间的距离；通过激光测量装置测量的距离，获得路面纵断面曲线。本发明测量过程简单，可通过激光测量装置的距离信号和定姿定位装置的角度信号，运算量小，绘制纵断面曲线准确，消除了测量误差，解决了路面弯道超高坡度无法动态快速测定及由此引起的路面纵断面曲线快速检测数据不准确的问题，为后期公路养护提供准确的参考依据。

Description

一种路面纵断面测量方法

技术领域

本发明涉及公路养护测量技术领域，特别是指一种路面纵断面测量方法。

背景技术

在对公路养护之前，需要对公路的路面纵断面进行测量，从而得出国际平整度指数IRI(International Roughness Index)，IRI是路面行驶质量评定、道路用户费用预测和公路养护投资效益分析的重要依据之一。为了得到准确的国际平整度指数IRI，必须首先测出高精度的路面纵断面。路面纵断面是，在道路前进方向上，由1-50cm等间距、连续分布的点组成的路面表面轮廓线。

到上世纪90年代，在激光技术广泛应用于路面平整度检测之前，路面纵断面只能利用精密水准仪与塔尺(Rod and Level)测量。由于水准仪与塔尺检测效率低、速度慢(1000m/日)，这种方法只能用于校验其他的快速检测设备。目前，我国使用的所有激光平整度检测设备，均按照交通行业标准规程《车载式路面激光平整度仪(JT/T676-2007)》及《车载式路面激光平整度仪(JJG(交通)075-2007)》制造，包含一个激光距离传感器和一个加速度位移传感，这种设备无法准确测量复杂条件下(拥挤交通、弯道路段)的路面纵断面。

基于具有定姿定位装置的激光断面检测设备，虽然能准确检测路面纵断面，但是在弯道路段，当路面有超高时(横向坡度)，所测得的路面纵断面并不是真正的纵断面，从而导致得出的IRI指数存在较大误差，导致后期的养护工程存在错误。

发明内容

有鉴于此，本发明在于提供一种路面纵断面测量方法，以解决上述弯道路面的路面纵断面的检测过程中，测量存在误差，导致后期的公路养护工程存在错误的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种路面纵断面测量方法，获得定姿定位装置测量的车体与水平面的横滚角，获得激光测距装置测量的距离，包括：获得定姿定位装置测量的车体离心加速度；通过所述横滚角、车体离心加速度、车体水平加速度获得路面与水平面之间的路面横向坡度，通过所述路面横向坡度、激光测距装置测量的距离、车体与水平面的横滚角获得路面与车体之间的距离；通过各个激光测量装置测量的距离，获得路面纵断面曲线。

优选的，该方法还包括：

按照预定的时间间隔或距离间隔，测量相应路面纵断面曲线，获得所测路面的弯沉数据。

优选的，通过所述横滚角、车体离心加速度、车体水平加速度获得路面横向坡度的过程包括：

通过所述横滚角、车体离心加速度、车体水平加速度、及车体在弯路力平衡条件下，采用如下公式运算得到路面横向坡度：

(A+As)t⁴+2(g+gcosγ-Asinγ)t³+2(As-2gsinγ-2Acosγ)t²+2(g-gcosγ+Asinγ)t+(As-A)＝0 $(t=\tan \left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right))$ 获得公

式中α小于10度的值作为路面横向坡度；

其中，

A为水平加速度；

As为车体的横向加速度；

g为重力加速度；

γ为车体与水平面的横滚角；

α为路面横向坡度，即路面表面与水平面的角度。

优选的，通过所述路面横向坡度、激光测距装置测量的距离、车体与水平面的横滚角获得路面与车体之间的距离包括：

采用路面横向坡度、横滚角之间差值的余弦值、与激光测距装置测量的距离之间的乘积得到路面与车体之间的距离。

通过本发明的方法，用户可在测量车上安装一个(或多个)激光测距装置和定姿定位装置，并按照固定的时间或距离间隔测量路面，得出路面的纵断面曲线，且在弯曲路面时，通过本发明的方法消除离心力和路面坡度导致的测量误差，从而绘制出准确的路面纵断面曲线。

本发明测量过程简单，可通过微处理器实时处理激光测量装置的距离信号和定姿定位装置的角度信号，运算量小，绘制纵断面曲线准确，消除了测量误差，为后期的公路养护工程提供准确的参考依据。

附图说明

图1是本发明方法的流程图；

图2是检测车辆在弯路形成的角度示意图；

图3是检测车辆在弯路时的受力示意图；

图4是检测车辆在弯路时横滚角的受力示意图。

具体实施方式

为清楚说明本发明中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。

参见图1，本发明的方法包括以下步骤：

步骤1：在弯路测量过程中，通过测量车的定姿定位装置获得车体倾斜的横滚角γ。

当载有定姿定位装置和激光测距装置的测量车辆行驶在弯道路段时，横向加速度将使检测车辆的底盘平面与水平面构成一个横滚角(γ)。通过定姿定位装置内的陀螺仪，可测量出横滚角，通过角度修正，可获得一个水平的基准测距参考平面，参见图2，当路面超高为零(路面为水平面)时，水平基准参考平面与路面之间的距离为真实距离；当路面横向超高坡度(a)不为零时，所测距离必须通过横向超高坡度与横滚角(a-γ)修正，才能得到真实的、与路面垂直的距离。

步骤2：通过所述横滚角、车体离心加速度、车体水平加速度获得路面横向坡度；

横向超高坡度a的过程如下：

通过弯道路段检测车辆的受力分析图3和图4，建立水平直角坐标系和车体平面坐标系的力平衡方程(式1～式3)

F sinα+f cosα＝mA                      (1)

F cosα+f，sinα＝mg                     (2)

mg sinγ-f cos(α-γ)-Fsin(α-γ)＝mAs   (3)

式中，

a为路面横向坡度；

γ为车体相对水平面的车辆横滚角；

m为检测车辆质量；

F为地面支持力；

f为地面摩擦力；

A为水平加速度；

As为车体的横向加速度；

上式中，通过车体在水平方向的力平衡方程式1、垂直方向的重力平衡方程式2、车辆横滚角γ平面的力平衡方程3。横向加速度a_s(即离心加速度)可通过定姿定位装置获得，可通过定姿定位装置内的加速仪获得的位移运算得出。

由于路面横向坡度a(与水平面夹角)通常小于10°，按10度计算时，cos(a)的值与1.0仅有0.015的误差。由于路面横向坡度a与车辆横滚角γ之间的角度差(a-γ)通常小于5°，因此式3中的cos(a-γ)的产生的力可以完全忽略，而不至于产生明显测量误差，并由式4代替，将式1、式2及式4结合，得到式5。

mg sinγ-f-F sin(α-γ)≈mAs   (4)

gsinγ-As＝(gsinα-Acosα)+(gcosα+αsinα)sin(α-γ)(5)

由于，

sinα＝2tan(α/2)/(1+tan²(α/2))

cosα＝(1-tan²(α/2))/(1+tan²(α/2))

且

t＝tan(α/2)

因此式5可被合并为式6。

(A+As)t⁴+2(g+gcosγ-Asinγ)t³+2(As-2gsinγ-2Acosγ)t²+2(g-gcosγ+Asinγ)t+(As-A)＝0 $(t=\tan \left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right))$ (6)

由于路面最大横向坡度(a)不会超过10°，因此在式6四次方程的四个解中，a绝对值小于10°的解应为路面横向坡度(a)。

步骤3：获得激光测距装置测量出的距离值h_m；

步骤4：通过横滚角γ、横向超高坡度a、激光测距装置测量出的距离h_m获得路面与车体之间的距离h。

h＝h_mcos(α-γ)            (7)

式中，

h＝修正后、到路面的垂直真实距离，单位为mm；

h_m＝修正前、倾斜于路面的检测距离，单位为mm。

通过本发明的方法，用户可在测量车上安装一个(或多个)激光测距装置和定姿定位装置，并按照固定的时间或距离间隔测量路面，得出相应的路面纵断面曲线，获得所测公路的弯沉数据，且在弯曲路面时，通过本发明的方法消除离心力和路面坡度导致的测量误差，解决了路面弯道超高坡度无法动态快速测定及由此引起的路面纵断面曲线快速检测数据不准确的问题，从而绘制出准确的路面纵断面曲线。

本发明测量过程简单，可通过微处理器实时处理激光测量装置的距离信号和定姿定位装置的角度信号，运算量小，绘制纵断面曲线准确，消除了测量误差，为后期的公路养护工程提供准确的参考依据。

对于本发明各个实施例中所阐述的方法，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1、一种路面纵断面测量方法，获得定姿定位装置测量的车体与水平面的横滚角，获得激光测距装置测量的距离，其特征在于，包括：获得定姿定位装置测量的车体离心加速度；通过所述横滚角、车体离心加速度、车体水平加速度获得路面与水平面之间的路面横向坡度，通过所述路面横向坡度、激光测距装置测量的距离、车体与水平面的横滚角获得路面与车体之间的距离；通过各个激光测量装置测量的距离，获得路面纵断面曲线。

2、根据权利要求1所述的路面纵断面测量方法，其特征在于，该方法还包括：

按照预定的时间间隔或距离间隔，测量相应路面纵断面曲线，获得所测路面的弯沉数据。

3、根据权利要求1所述的路面纵断面测量方法，其特征在于，通过所述横滚角、车体离心加速度、车体水平加速度获得路面横向坡度的过程包括：

通过所述横滚角、车体离心加速度、车体水平加速度、及车体在弯路力平衡条件下，采用如下公式运算得到路面横向坡度：

(A+As)t⁴+2(g+gcosγ-Asinγ)t³+2(As-2gsinγ-2Acosγ)t²

+2(g-gcosγ+Asinγ)t+(As-A)＝0

其中，t＝tan(α/2)，获得公式中α小于10度的值作为路面横向坡度；

A为水平加速度；    As为车体的横向加速度；

g为重力加速度；

γ为车体与水平面的横滚角；

α为路面横向坡度。

4、根据权利要求1所述的路面纵断面测量方法，其特征在于，通过所述路面横向坡度、激光测距装置测量的距离、车体与水平面的横滚角获得路面与车体之间的距离包括：

采用路面横向坡度、横滚角之间差值的余弦值、与激光测距装置测量的距离之间的乘积得到路面与车体之间的距离。

Images