一種路面縱斷面測量方法

2023-05-17 01:59:56

專利名稱：一種路面縱斷面測量方法
技術領域：
本發明涉及公路養護測量技術領域，特別是指 一種路面縱斷面測
量方法。
背景技術：
在對公路養護之前，需要對公路的路面縱斷面進行測量，從而得
出國際平整度指數IRI ( International Roughness Index )， IRI是路面行 駛質量評定、道路用戶費用預測和公路養護投資效益分析的重要依據 之一。為了得到準確的國際平整度指數IRI,必須首先測出高精度的 路面縱斷面。路面縱斷面是，在道路前進方向上，由l-50cm等間距、 連續分布的點組成的路面表面輪廓線。
到上世紀90年代，在雷射技術廣泛應用於路面平整度檢測之前， 路面縱斷面只能利用精密水準儀與塔尺(Rod and Level)測量。由於 水準儀與塔尺檢測效，低、速度慢(1000m/日)，這種方法只能用於 校驗其他的快速檢測設備。目前，我國使用的所有雷射平整度檢測設 備，均按照交通行業標準規程《車載式路面雷射平整度儀(JT/T 676-2007)》及《車載式路面激免平整度儀(JJG (交通)075-2007)》 製造，包含一個雷射距離傳感器和一個加速度位移傳感，這種設備無 法準確測量複雜條件下(擁擠交通、彎道路段)的路面縱斷面。
基於具有定姿定位裝置的雷射斷面檢測設備，雖然能準確檢測路 面縱斷面，但是在彎道路段，當路面有超高時(橫向坡度)，所測得的 路面縱斷面並不是真正的縱斷面，從而導致得出的IRI指數存在較大 誤差，導致後期的養護工程存在錯誤。

發明內容
有鑑於此，本發明在於提供一種路面縱斷面測量方法，以解決上述彎道路面的路面縱斷面的檢測過程中，測量存在誤差，導致後期的 公路養護工程存在錯誤的問題。
為解決上述問題，本發明提供一種路面縱斷面測量方法，獲得定
姿定位裝置測量的車體與水平面的橫滾角，獲得雷射測距裝置測量的
距離，包括獲得定姿定位裝置測量的車體離心加速度；通過所述橫 滾角、車體離心加速度、車體水平加速度獲得路面與水平面之間的路 面橫向坡度，通過所述路面橫向坡度、雷射測距裝置測量的距離、車 體與水平面的橫滾角獲得路面與車體之間的距離；通過各個雷射測量
裝置測量的距離，獲得路面縱斷面曲線。 4尤選的，該方法還包4舌
按照預定的時間間隔或距離間隔，測量相應路面縱斷面曲線，獲 得所測路面的彎沉數據。
優選的，通過所迷橫滾角、車體離心加速度、車體水平加速度獲 得路面橫向坡度的過程包括
通過所述橫滾角、車體離心加速度、車體水平加速度、及車體在 彎路力平衡條件下，採用如下公式運算得到路面橫向坡度
G4 +爿s) t4+ 2(g + gcosy-ylsiny) t3+ 2C4s-2gsiny-2/4cosy) t2
+2( g - gcosy + y4siny) t + C4s -力=0 (f = tan(—))
2
式中a小於IO度的值作為路面橫向坡度； 其中，
j為水平加速度；
^s為車體的橫向加速度；
g為重力加速度； y為車體與水平面的橫滾角； a為路面橫向坡度，即路面表面與水平面的角度。 優選的，通過所述路面橫向坡度、雷射測距裝置測量的距離、車 體與水平面的橫滾角獲得路面與車體之間的距離包括採用路面橫向坡度、橫滾角之間差值的餘弦值、與雷射測距裝置 測量的距離之間的乘積得到路面與車體之間的距離。
通過本發明的方法，用戶可在測量車上安裝一個(或多個)雷射
測距裝置和定姿定位裝置，並按照固定的時間或距離間隔測量路面， 得出路面的縱斷面曲線，且在彎曲路面時，通過本發明的方法消除離 心力和路面坡度導致的測量誤差，從而繪製出準確的路面縱斷面曲線。 本發明測量過程簡單，可通過微處理器實時處理雷射測量裝置的 距離信號和定姿定位裝置的角度信號，運算量小，繪製縱斷面曲線準 確，消除了測量誤差，為後期的公路養護工程提供準確的參考依據。


圖l是本發明方法的流程圖2是檢測車輛在彎路形成的角度示意圖3是檢測車輛在彎路時的受力示意圖4是檢測車輛在彎路時橫滾角的受力示意圖。
具體實施例方式
為清楚說明本發明中的方案，下面給出優選的實施例並結合附圖 詳細i兌明。
參見圖1,本發明的方法包括以下步驟
步驟1:在彎路測量過程中，通過測量車的定姿定位裝置獲得車 體傾斜的橫滾角Y 。
當載有定姿定位裝置和雷射測距裝置的測量車輛行駛在彎道路段 時，橫向加速度將使檢測車輛的底盤平面與水平面構成一個橫滾角 (Y)。通過定姿定位裝置內的陀螺儀，可測量出橫滾角，通過角度修 正，可獲得一個水平的基準測距參考平面，參見圖2,當路面超高為 零(路面為水平面)時，水平基準參考平面與路面之間的距離為真實 距離；當路面橫向超高坡度(a)不為零時，所測距離必須通過橫向 超高坡度與橫滾角(a-Y)修正，才能得到真實的、與路面垂直的距離。步驟2:通過所述橫滾角、車體離心加速度、車體水平加速度獲 得路面橫向坡度；
橫向超高坡度a的過程如下
通過彎道路段檢測車輛的受力分析圖3和圖4，建立水平直角坐 標系和車體平面坐標系的力平衡方程(式1~式3)
F sin ot+/ cos a = mA (1)
m &05 0;+/-110; =■ mg (2)
mg sin y - / cos(a -— i7 sin(or - y) = itl4s (3)
式中，
a為路面橫向坡度；
y為車體相對水平面的車輛橫滾角； m為檢測車輛質量； F為地面支持力； /為地面摩擦力；
A為水平加速度； ， As為車體的橫向加速度；
上式中，通過車體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、車輛橫滾角Y平面的力平衡方程3。橫向加速度as(即 離心加速度)可通過定姿定位裝置獲得，可通過定姿定位裝置內的加 速儀獲得的位移運算得出。
由於路面橫向坡度a (與水平面夾角)通常小於10°,按IO度計 算時，cos (a)的值與1.0僅有0.015的誤差。由於路面橫向坡度a與 車輛橫滾角Y之間的角度差(a-丫)通常小於5。，因此式3中的cos(a-丫) 的產生的力可以完全忽略，而不至於產生明顯測量誤差，並由式4代 替，將式l、式2及式4結合，得到式5。
mgsinj/-/一Fsin(or— " nv4s (4) gsiny-^4s-(gsina-/4cos") + (gcosof+ orsinor) sin (5)由於，
sin a = 2 tan(a / 2) /(1 + tan2 (a / 2)) cosa = (1-tan2(a/2))/(l+tan2(a/2))
且
f = tan(" / 2)
因此式5可,皮合併為式6。
C4+Js) t4+2(g + gcosy-ylsinj/) t3 + 2G4s-2gsiny -2爿cosy) t2
+2(g-gcosy + Jsinj/) t + C4s-yl) = 0 = tan(二)) (6)
2
由於路面最大橫向坡度(a)不會超過10。，因此在式6四次方程 的四個解中，a絕對值小於10。的解應為路面橫向坡度(a)。
步驟3:獲得雷射測距裝置測量出的距離值/^;
步驟4:通過橫滾角Y、橫向超高坡度a、雷射測距裝置測量出的 距離/^獲得路面與車體之間的距離/i。
"、cos(a-" (7)
式中，
/i =修正後、到路面的垂直真實距離，單位為mm;
/jm = jf正前、傾斜於路面的檢測距離，單位為mm。
通過本發明的方法，用戶可在測量車上安裝一個(或多個)雷射 測距裝置和定姿定位裝置，並按照固定的時間或距離間隔測量路面， 得出相應的路面縱斷面曲線，獲得所測公路的彎沉數據，且在彎曲路 面時，通過本發明的方法消除離心力和路面坡度導致的測量誤差，解 決了路面彎道超高坡度無法動態快速測定及由此引起的路面縱斷面曲 線快速檢測數據不準確的問題，從而繪製出準確的路面縱斷面曲線。
本發明測量過程簡單，可通過微處理器實時處理雷射測量裝置的 距離信號和定姿定位裝置的角度信號，運算量小，繪製縱斷面曲線準確，消除了測量誤差，為後期的公路養護工程提供準確的參考依據。
對於本發明各個實施例中所闡述的方法，凡在本發明的精神和原 則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的
保護範圍之內。
權利要求
1、一種路面縱斷面測量方法，獲得定姿定位裝置測量的車體與水平面的橫滾角，獲得雷射測距裝置測量的距離，其特徵在於，包括獲得定姿定位裝置測量的車體離心加速度；通過所述橫滾角、車體離心加速度、車體水平加速度獲得路面與水平面之間的路面橫向坡度，通過所述路面橫向坡度、雷射測距裝置測量的距離、車體與水平面的橫滾角獲得路面與車體之間的距離；通過各個雷射測量裝置測量的距離，獲得路面縱斷面曲線。
2、 根據權利要求1所述的路面縱斷面測量方法，其特徵在於， 該方法還包括，換照預定的時間間隔或距離間隔，測量相應^各面縱斷面曲線，獲 得所測路面的彎沉數據。
3、 根據權利要求1所述的路面縱斷面測量方法，其特徵在於， 通過所述橫滾角、車體離心加速度、車體水平加速度獲得路面橫向坡 度的過程包括通過所述橫滾角、車體離心加速度、車體水平加速度、及車體在彎路力平衡條件下，採用如下公式運算得到路面橫向坡度C4+爿s) t4+2(g + gcosy-爿siny) t3+2C4s — 2gsinj/-2」cosy) t2 + 2(g-gcosy+^siny) t + C4s-J)-0其中，t=tan(a/2)，獲得公式中a小於10度的值作為路面橫向坡度；^為水平加速度； Js為車體的橫向加速度；g為重力加速度；y為車體與水平面的橫滾角；a為路面橫向坡度。
4、 根據權利要求1所述的路面縱斷面測量方法，其特徵在於， 通過所述路面橫向坡度、雷射測距裝置測量的距離、車體與水平面的 橫滾角獲得路面與車體之間的距離包括採用路面橫向坡度、橫滾角之間差值的餘弦值、與雷射測距裝置測量 的距離之間的乘積得到路面與車體之間的距離。
全文摘要
本發明公開了一種路面縱斷面測量方法，獲得定姿定位裝置測量的車體與水平面的橫滾角，獲得雷射測距裝置測量的距離，包括獲得定姿定位裝置測量的車體離心加速度；通過所述橫滾角、車體離心加速度、車體水平加速度獲得路面橫向坡度，通過所述路面橫向坡度、雷射測距裝置測量的距離、車體與水平面的橫滾角獲得路面與車體之間的距離；通過雷射測量裝置測量的距離，獲得路面縱斷面曲線。本發明測量過程簡單，可通過雷射測量裝置的距離信號和定姿定位裝置的角度信號，運算量小，繪製縱斷面曲線準確，消除了測量誤差，解決了路面彎道超高坡度無法動態快速測定及由此引起的路面縱斷面曲線快速檢測數據不準確的問題，為後期公路養護提供準確的參考依據。
文檔編號G01C7/00GK101619970SQ20091016294
公開日2010年1月6日 申請日期2009年8月21日 優先權日2009年8月21日
發明者潘玉利 申請人:潘玉利