一种基于倾角传感的路面平整度快速测量方法和系统

本发明涉及工程测量方法领域，具体涉及一种基于倾角传感的路面平整度快速测量方法和系统。

背景技术：

1、我国基建的发展使交通设施的体量不断增加，需建立起对机场道路、交通路面以及有平整度要求的室内地坪的平整状态的监测相关方法。其中，平整度是指路面垂直方向上的平滑程度和均匀度，是路面质量验收和周期性养护评价的重要参考指标。路基的不均匀沉降、重复的荷载作用等都将影响路面的平整度，从而引起车辆磨损、行车舒适度降低等现象，甚至危害其他建筑设备。因此对路面平整度监测尤为重要。

2、而目前对其平整度测量方法可以依靠尺和塞尺完成，多次测量才能得到其平整度，且不够精确；3m直尺法主观性较大，对劳动力有较高的要求，只适用于较短距离的平整度测量。为避免人的主观性，常采用精密水准仪法，但水准仪视准轴与水准轴没有相互平行的情况，仍会引起极大误差。同时测量时需要不断移动仪器，缺乏便捷性。或是通过液平面进行测量，缺点是时间较长，受温度影响较大，测量环境受限。基于多传感器融合的检测方式等智能化方法，实现了对路面平整度的精确测量，但大部分检测方式需要大型搭载设施参与，且无法对室内地坪或较窄区域进行测量，设备运输相对困难，部分检测方式存在指标无法反映路面实际线型状态。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于倾角传感的路面平整度快速测量方法和系统，采集移动式设备在检测路面时倾角和位置随时间的变化数据，通过算法构建为高差等距图，解析获取路面模拟图像，用算法进行三米尺模拟，实现移动式路面平整度测量，可实现自动检测，快速高效，降低检测成本，可测得整个路段的路面线型，提高结果精确度。

2、为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下所示：

3、一种基于倾角传感的路面平整度快速测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、获取移动式设备在测量过程中不同时刻的倾角数据和位置数据；

5、基于倾角数据，获得不同时刻的前后轮高差，通过预先设置的取样点参数并根据所述前后轮高差和所述位置数据获得高差等距曲线；

6、对高差等距曲线进行分段，获得待测路面的纵断面剖面曲线；

7、根据纵断面剖面曲线，模拟三米尺测量获得直线，根据获得的直线确定路面平整度和最大不平整位置。

8、进一步的，所述前后轮高差的计算公式如下：

9、δhn＝l×tanθn

10、其中，δhn表示前后轮高差；l表示移动式设备前后轮距；θn表示倾角。

11、进一步的，所述取样点参数包括取点间距和等距取样点数量，计算公式如下：

12、

13、

14、其中，x0'为设计的取点间距；l表示移动式设备前后轮距；nl为前后轮取点个数；n为等距取样点数量；xn为最后一个数据点距离值；[]为取整符号表示取不大于该数的整数值。

15、进一步的，根据所述前后轮高差和所述位置数据获取各个间距为x0'的取样点的前后轮高差，获取高差等距曲线，各个间距为x0'的取样点的前后轮高差的计算公式如下：

16、xi'＝i×x0'

17、

18、δhi’＝km，m+1×(xi’-xm)+δhm

19、其中，xi'表示第i个取样点的位移；km，m+1表示第m与m+1点之间的斜率；δhm,xm表示第m个点的高差与位移；m＝1,2，…，n-1；δhi’表示xi'时的高差，xi'分别落入不同或相同的区间[xm,xm+1]中。

20、进一步的，对高差等距曲线进行分段，分段数量和高度值计算公式如下：

21、

22、

23、其中，k表示将移动式设备总位移根据移动式设备前后轮距分成k段；xn为最后一个数据点距离值；l表示移动式设备前后轮距；[]为取整符号表示取不大于该数的整数值；表示第k段nl中的第i个点的高度值；表示第k-1段nl中的第i个点的高度值；表示第k-1段nl中的第i个点的高差；i＝1,2，…，nl-1。

24、进一步的，通过拟合各个点的高度值，得到纵断面剖面曲线：

25、f(x′i)＝hi

26、其中，i＝1，2，…，n；纵坐标为各个点高度值[h1,h2…hn]；横坐标为位移[x1',x2'…xn']。

27、进一步的，根据纵断面剖面曲线，模拟三米尺测量获得多段直线，所述直线需要满足：

28、f(xi′)<y(xi′)

29、其中，i＝1，2，…，n；f(xi′)为纵断面剖面曲线；y(xi′)为模拟三米尺直线。

30、进一步的，所述平整度大小和最大不平整位置的计算方法如下：

31、r＝|y(xi')-f(xi')|max

32、rmin＝min(r1,r2,r3,…)

33、其中，r表示直尺与纵断面图最大纵坐标差；rmin表示最终的平整度大小；rmin对应的xi'表示最大不平整位置。

34、本发明还提供一种基于倾角传感的路面平整度快速测量系统，其特征在于，所述系统包括移动式设备、动力系统、倾角传感器、定位装置和数据处理及显示单元；所述数据处理及显示单元与倾角传感器、定位装置分别电连接，用于执行上述的基于倾角传感的路面平整度快速测量方法；所述移动式设备与动力系统电连接，用于控制移动式设备在路面上行驶。

35、进一步的，所述倾角传感器和定位装置分别设置在移动式设备上，所述倾角传感器用于检测不同时刻的倾角数据，所述定位装置用于检测不同时刻的位置数据。

36、有益效果

37、本发明中该平整度测量方法通过将倾角传感器和高精度定位设备可以快速采集移动式设备在测量过程中倾角和高差随时间的变化数据，构建高差等距图，解析整体路面模拟图像，利用算法模拟三米尺，得到平整度及其所在位置情况，使测量过程更加精确，可实现自动化监测，降低监测成本。

技术特征：

1.一种基于倾角传感的路面平整度快速测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于倾角传感的路面平整度快速测量方法，其特征在于，所述前后轮高差的计算公式如下：

3.根据权利要求2所述的基于倾角传感的路面平整度快速测量方法，其特征在于，所述取样点参数包括取点间距和等距取样点数量，计算公式如下：

4.根据权利要求3所述的基于倾角传感的路面平整度快速测量方法，其特征在于，根据所述前后轮高差和所述位置数据获取各个间距为x0'的取样点的前后轮高差，获取高差等距曲线，各个间距为x0'的取样点的前后轮高差的计算公式如下：

5.根据权利要求4所述的基于倾角传感的路面平整度快速测量方法，其特征在于，对高差等距曲线进行分段，分段数量和高度值计算公式如下：

6.根据权利要求5所述的基于倾角传感的路面平整度快速测量方法，其特征在于，通过拟合各个点的高度值，得到纵断面剖面曲线：

7.根据权利要求6所述的基于倾角传感的路面平整度快速测量方法，其特征在于，根据纵断面剖面曲线，模拟三米尺测量获得多段直线，所述直线需要满足：

8.根据权利要求7所述的基于倾角传感的路面平整度快速测量方法，其特征在于，所述平整度大小和最大不平整位置的计算方法如下：

9.一种基于倾角传感的路面平整度快速测量系统，其特征在于，所述系统包括移动式设备、动力系统、倾角传感器、定位装置和数据处理及显示单元；所述数据处理及显示单元与倾角传感器、定位装置分别电连接，用于执行权利要求1至8任一所述的基于倾角传感的路面平整度快速测量方法；所述移动式设备与动力系统电连接，用于控制移动式设备在路面上行驶。

10.根据权利要求9所述的基于倾角传感的路面平整度快速测量系统，其特征在于，所述倾角传感器和定位装置分别设置在移动式设备上，所述倾角传感器用于检测不同时刻的倾角数据，所述定位装置用于检测不同时刻的位置数据。

技术总结本发明提供一种基于倾角传感的路面平整度快速测量方法和系统，属于工程测量方法领域，包括以下步骤：获取移动式设备在测量过程中不同时刻的倾角数据和位置数据；基于倾角数据，获得不同时刻的前后轮高差，通过预先设置的取样点参数并根据所述前后轮高差和所述位置数据获得高差等距曲线；对高差等距曲线进行分段，获得待测路面的纵断面剖面曲线；根据纵断面剖面曲线，模拟三米尺测量获得直线，根据获得的直线确定路面平整度和最大不平整位置。本发明可实现自动检测，快速高效，降低检测成本，可测得整个路段的路面线型，提高结果精确度。技术研发人员：唐永圣,钱棱锋,郑倩怡,杨海森受保护的技术使用者：河海大学技术研发日：技术公布日：2024/5/19