一種車載式道路縱斷面測量方法及其測量系統技術方案

本發明專利技術涉及一種車載式道路縱斷面測量方法及其測量系統，（１）對兩個加速度計和激光位移傳感器進行標定，得到傳感器與實際測量值的比例參數輸入到車載式計算機的數據處理程序中；（２）對三個傳感器測量到的數據進行采集，由車載式計算機內的控制模塊開啟三個傳感器對路面進行數據采集，采集到的數據信息輸入車載式計算機中；（３）由車載式計算機對由數據采集器輸入的數據進行處理，通過車載式計算機內的軟件處理模塊將三個傳感器所測量到的數據信息進行相互融合，形成路面縱斷面的形狀數據。本發明專利技術采用兩頻響區域不同的加速度計與激光位移傳感器配合，因此實現了對檢測梁縱向位移的真實還原提供基礎數據，具有測量準確，不丟失信息的特點。本發明專利技術可以廣泛應用于各種道路測量系統中。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種路面測量方法，特別是關于一種用于非接觸式高速路面縱斷面形狀測量的車載式道路縱斷面測量方法及其測量系統。
技術介紹
車載式路面縱斷面形狀測量系統，該系統主要由加速度計和激光位移傳感器組 成，其中激光位移傳感器用于測量檢測梁到路面的精確距離，加速度計則用于測量檢測梁 的縱向加速度信號，并對其進行二次積分后得到檢測梁本身的縱向位移，將這兩個位移疊 加后，最終得到路面縱斷面的形狀。如圖1所示，圖中A為檢測梁，B為被測道路基線。路 型的測量基于加速度計換算的縱向位移z2(t)與由激光傳感器測量的相對距離z4(t)，聯合 得到。即 A (t) = Z「Z。—z3(t) = Z「Z。-[z4(t)-z2(t)] (1) 其中&和Z2為常量，不會影響測得的路型；z4(t)為x里程處檢測梁上激光傳感 器檢測到的梁與路面的距離，為已知量；^(t)為x里程處檢測梁相對于開始點的縱向位 移，可以根據檢測梁上的加速度傳感器數據換算得到；A (t)為被測路面的真實起伏情況。 因此只需根據加速度計的輸出，解算出任一個里程處的檢測梁的縱向位移zjt)，就可以得 到需要的被測路面的真實起伏情況A (t)，從而計算出路面形狀。 加速度計的選型非常重要，目前廣泛使用的加速度計主要包括壓電式加速度計、 電容式加速度計、ICP加速度計等，每種加速度計都有自己的特性和適用的場合，其頻響范 圍也不盡相同。應用于道路檢測的加速度計主要用于測量檢測梁的振動，該振動既有由于 車自身的顛簸而引起的，也有因為道路起伏而疊加到檢測梁上去的，根據實際經驗看來，既 有高頻率小振幅的振動，也有低頻率大振幅的起伏，其頻率范圍為0Hz lKHz。因此，要全 面而準確地計算出檢測梁的縱向位移z2 (t)，首先必須對加速度計的選取進行選擇。目前的 路面測量產品中僅使用一個加速度計測量該振動，而一個加速度計往往只對一種頻率范圍 內的加速度信息測量比較準確，無法覆蓋0 lKHz的所有頻率區間，因此存在加速度測量 不準的問題，從而無法準確得到路面的真實起伏。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術的目的是提供一種測量準確、精度較高且采用不同類型加 速度計與激光位移傳感器配合的車載式道路縱斷面測量方法及其測量系統。 為實現上述目的，本專利技術采取以下技術方案一種車載式道路縱斷面測量方法，利 用一石英加速度計、一陶瓷剪切壓電式加速度計和一激光位移傳感器這三個傳感器進行測 量，其步驟如下(l)對兩個加速度計和激光位移傳感器進行標定，將得到傳感器與實際測 量值之間的比例參數輸入到車載式計算機的數據處理程序中；(2)對三個傳感器測量到的 數據信號進行采集，當系統開始工作時，由車載式計算機內的控制模塊開啟三個傳感器對 路面進行數據采集，采集到的數據信息輸入車載式計算機中；(3)由車載式計算機對由數3據采集器輸入的數據進行處理，通過車載式計算機內的軟件處理模塊將三個傳感器所測量 到的數據信息進行相互融合，形成路面縱斷面的形狀數據。 所述激光位移傳感器采用瑞士的SLS 5000系列的型號為SLS 5200/300的激光位 移傳感器。 所述石英加速度計采用型號為SRJ-01的石英加速度計。 所述陶瓷剪切壓電式加速度計采用美國PCB公司生產的型號為352C33的ICP加 速度計。 —種實現上述車載式道路縱斷面測量方法的測量系統，其特征在于它包括一個 激光位移傳感器、兩個不同頻率范圍的加速度計、一個數據采集器和一個車載式計算機；所 述激光位移傳感器、兩所述加速度計并聯連接所述數據采集器的輸入端，將同步測量到的 檢測梁相關數據由所述數據采集器進行采集，并將數據送入所述車載式計算機內。 兩所述加速度計分別為石英加速度計和陶瓷剪切壓電式加速度計。 本專利技術由于采取以上技術方案，其具有以下優點1、本專利技術由于采用兩頻響區域 不同的加速度計與激光位移傳感器配合，兩個加速度計的頻率響應范圍加起來覆蓋了從 OHz到lKHz的全部頻率空間，這樣可以很好的完成對加速度計位移的還原。因此實現了對 檢測梁縱向位移的真實還原提供了基礎數據，具有測量準確，不丟失信息的特點。2、本專利技術 由于采用 一個激光位移傳感器與兩個不同類型的加速度傳感器對檢測梁的位移與加速度 信號進行同步采集，然后將加速度信號與激光位移信號輸入到車載式計算機內，在車載式 計算機中對采集到的信號進行處理，因此準確的得到了路面的縱斷面形狀。3、本專利技術由于 采用兩個加速度計，因此可以針對不同頻率范圍進行分析，當需要分析某一頻率范圍的路 面情況時，可以根據需要選擇不同的加速度傳感器來進行信號分析。并且當其中一個加速 度計因為各種原因出現問題后，可以直接使用另一個傳感器的數據，而不至于無法進行數 據分析。因此大大增加了系統的可靠性。本專利技術可以廣泛應用于各種道路測量系統中。附圖說明 圖1是現有技術中的路面測量系統示意圖 圖2是本專利技術的測量系統結構示意圖 圖3是本專利技術的石英加速度計的頻響曲線示意圖 圖4是本專利技術的陶瓷剪切壓電式加速度計的頻響曲線示意圖具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本專利技術進行詳細的描述。 本專利技術采用的兩個加速度計分別為一石英加速度計和一 ICP(陶瓷剪切壓電式) 加速度計，利用激光位移傳感器、石英加速度計和ICP加速度計三個傳感器進行測量，其步 驟如下 (1)首先對兩個加速度計和激光位移傳感器進行標定，標定的目的是為了得到傳 感器與實際測量值之間的比例參數，標定完成以后將得到的數據輸入到車載式計算機內的 數據處理程序中； (2)對三個傳感器測量到的數據信號進行采集，當系統開始工作時，由車載式計算機內的控制模塊開啟三個傳感器對路面進行數據采集，采集到的數據信息輸入車載式計算 機中，并以實時窗口方式在車載式計算機的屏幕上顯示出相應圖形； (3)由車載式計算機對由數據采集器輸入的數據進行處理，通過車載式計算機內 的軟件處理模塊將三個傳感器所測量到的數據信息進行相互融合，形成路面縱斷面的形狀 數據。 如圖2所示，本專利技術的測量系統包括一個激光位移傳感器1、兩個不同頻率范圍的 石英加速度計2和ICP加速度計3、一個數據采集器4和一個車載式計算機5。激光位移傳 感器1、兩加速度計2、3并聯連接數據采集器4的輸入端，將同步測量到的檢測梁相關數據 由數據采集器4進行采集，并將數據送入車載式計算機5內，由車載式計算機5內的軟件處 理模塊對數據采集器4輸入的數據進行解算處理。 上述實施例中，車載式計算機5內的軟件處理模塊對數據解算處理后，可以得 到不同頻率范圍內檢測梁的縱向位移，根據現有道路縱斷面測量計算公式(1) A (t)= Z「Z0-z3(t) 二Z「Z。-[Z4(t)-Z2(t)]，可以得到路面的縱斷面形狀。式中，ZJPZ2為常量； z4(t)為x里程處檢測梁上激光傳感器檢測到的梁與路面的距離，為已知量；^(t)為x里 程處檢測梁相對于開始點的縱向位移，可以根據檢測梁上的加速度傳感器數據換算得到； A (t)為被測路面的真實起伏。 上述實施例中，本專利技術采用的激光位移傳感器1為瑞士的SLS 5000系列的型號為 SLS 5200/300的激光位移傳感器，其相關測量參數如表1所示。 表1 <table>table 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種車載式道路縱斷面測量方法，利用一石英加速度計、一陶瓷剪切壓電式加速度計和一激光位移傳感器這三個傳感器進行測量，其步驟如下：（１）對兩個加速度計和激光位移傳感器進行標定，將得到傳感器與實際測量值之間的比例參數輸入到車載式計算機的數據處理程序中；（２）對三個傳感器測量到的數據信號進行采集，當系統開始工作時，由車載式計算機內的控制模塊開啟三個傳感器對路面進行數據采集，采集到的數據信息輸入車載式計算機中；（３）由車載式計算機對由數據采集器輸入的數據進行處理，通過車載式計算機內的軟件處理模塊將三個傳感器所測量到的數據信息進行相互融合，形成路面縱斷面的形狀數據。

【技術特征摘要】
一種車載式道路縱斷面測量方法，利用一石英加速度計、一陶瓷剪切壓電式加速度計和一激光位移傳感器這三個傳感器進行測量，其步驟如下(1)對兩個加速度計和激光位移傳感器進行標定，將得到傳感器與實際測量值之間的比例參數輸入到車載式計算機的數據處理程序中；(2)對三個傳感器測量到的數據信號進行采集，當系統開始工作時，由車載式計算機內的控制模塊開啟三個傳感器對路面進行數據采集，采集到的數據信息輸入車載式計算機中；(3)由車載式計算機對由數據采集器輸入的數據進行處理，通過車載式計算機內的軟件處理模塊將三個傳感器所測量到的數據信息進行相互融合，形成路面縱斷面的形狀數據。2. 如權利要求1所述的一種車載式道路縱斷面測量方法，其特征在于所述激光位移 傳感器采用瑞士的SLS 5000系列的型號為SLS 5200/300的激光位移傳感...

【專利技術屬性】
技術研發人員：連小珉，楊殿閣，韓毅，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]