專利名稱：：輕便的遞推式道路縱剖面測量儀的制作方法1.發(fā)明的
技術(shù)領(lǐng)域：
(國際專利分類號E01C23/01)本發(fā)明是一種道路縱剖面測量裝置(PortableRecursionRoadSur-faceProfilometer)。道路縱剖面測量儀是路面不平度測量儀器中重要的一類。由于該類儀器具有優(yōu)良的幅頻特性，所以它的測量數(shù)據(jù)不但可以用來計算多種路面不平度指標，而且可以用來對路面不平度作解析性分析，如路面功率譜密度PSD、國際路面不平度指數(shù)IRI等。2.
背景技術(shù)：
與本發(fā)明有關(guān)的測量儀有英國的TRRL高速路面形狀測量儀、美國的GMR道路縱剖面測量儀和中國的路面平整度儀等。Sensorsinhighwayandcivilengineering，ICE，London，1981刊登文章Measurementofroadsurfaceshapeusingalasersensor介紹了TRRL高速路面形狀測量儀；其測量機構(gòu)是一個4.5米長的拖車，在拖車上裝有一組4個激光式距離傳感器，用來進行路面單跡道的測量，測速80km/h，該儀器高效率、高精度，在國際上享有盛譽。ResearchPublicationGMR-452Dec.22，1964，報導(dǎo)了GMR儀器在了GNR儀器，并在UnitedStatesPatent4,422,322Dec.27，1983中有所改進；采用一個非接觸距離傳感器用來進行路面單跡道的測量，它采用慣性基準，與本發(fā)明原理不同。中國的路面平整度儀(RollingStraightadge-滾動直尺，也叫多輪儀)；它是采用八輪平衡系統(tǒng)支承一個直尺作為隨動的測量基準，用一個輪式傳感器進行路面單跡道的測量。但其幅頻特性不能滿足路面解析性分析的要求，不屬于道路縱剖面測量儀類。3.發(fā)明的目的一級精度、直接測量的路面縱剖面測量裝置是路面不平度解析性分析必需的設(shè)備。而目前這類的設(shè)備的尺寸、重量都比較大，造價高，從而影響了應(yīng)用和普及；尤其缺乏輕便的、中低速的路面縱剖面測量設(shè)備。本發(fā)明的目的是填補輕便的、中低速的路面縱剖面測量設(shè)備的空白。4.本發(fā)明的技術(shù)方案本發(fā)明僅用一個距離傳感器，裝在一定參數(shù)的兩輪的支承系統(tǒng)上，構(gòu)成路面測量的傳感器總成；采用平均等間隔的采樣方法，并對采樣的數(shù)據(jù)進行遞推計算，求出路面的縱剖面。下面結(jié)合附圖作進一步描述。圖1是測量儀的傳感器總成。在傳感器總成支架[4]上裝有兩個輪子[2]，兩輪相距為2L，其滾動半徑均為R。距離傳感器[3]位于兩輪的中間，用來測量傳感器到路面的距離；為便於表達，使距離傳感器的下端面位于兩輪輪心的聯(lián)接線上，測量方向垂直于兩輪的公切線[1]，測量的距離值以X表示?？偝稍趶椈闪α康淖饔孟卤３峙c地面接觸，在牽引裝置[5]的牽引下沿測量方向行駛；牽引裝置可以是機動車輛也可以是人力步行牽引；彈簧和牽引裝置在圖中沒有表示。圖2是測量參數(shù)圖。水平基準線[1]。路面縱剖面曲線[2]。Y1、Y2是已知的路面縱剖面距離水平基準線的高度(以下簡稱路高)；其已知量是這樣得到的在測量開始時Y1、Y2是人工標定值，而在測量中的Y1、Y2值則由本發(fā)明的遞推計算公式求得。為了導(dǎo)出本發(fā)明的遞推計算公式，把參數(shù)圖2簡化為圖3。為了表達的方便，加大了兩輪心的高度差(即Y1＋R和Y＋R的高度差)，而不影響其原理和計算結(jié)果。作通過Y1處輪心的直線[3]使之與水平基準線[1]平行。[3]線與兩個輪子輪心的聯(lián)接線[2]之間截出了底邊為2L的直角三角形。由作圖的條件，可知Δ和2Δ有如下關(guān)系Δ＝(Y2＋x)－(Y1＋R)(1)2Δ＝(Y＋R)－(Y1＋R)(2)合并(1)、(2)兩式并整理之，得到遞推計算公式Y(jié)＝(2Y2－2R-Y1)＋2X(3)由于R為常量，Y1、Y2為已知量；所以有了傳感器測量的距離值X，就可以求出路高Y，當(dāng)傳感器總成沿測量方向每向前行駛一個測量節(jié)距L時，就進行一次數(shù)據(jù)采集得到新的測量值X，代入(3)式就可以求出新的路高Y，從而得到以間距為L的路高序列；這就是路面的縱剖面曲線?，F(xiàn)在分析式(3)的誤差?？疾閳D3，Y1、Y2的方向與水平基準相垂直，而R和X則與Y1、Y2之間存在夾角α＝tg-1(Δ/L)(圖上未示出)?？紤]R和X在Y軸上的投影為Rcosα和Xcosα，把(3)式改寫為下式Y(jié)＝(2Y2－2Rcos－Y1)＋2Xcosα(4)比較式(3)、(4)中變量R、X和Rcosα、Xcosα，可以得到(3)式的百分誤差表達式為δ＝(R－Rcosα)100％(5)在實際測量三級瀝青路的384個路面縱割面數(shù)據(jù)中，最大誤差值為δmax＝0.12％，平均誤差僅為δ＝0.057％，由于誤差很小可以忽略；所以用(3)式或(4)式作遞推計算公式，在工程上都是可用的。(3)式可以一般性的表示為如下通式Y(jié)i＝(2Yi-1＋2R－Yi-2)＋2Xi(6)路剖面數(shù)據(jù)的等間距采樣是推導(dǎo)(6)式的條件。本發(fā)明所采用的平均等間距采樣的原理是已知技術(shù)(中國專利85203151)；但是所采用的技術(shù)方案有新的發(fā)展。首先簡述平均等間距采樣原理?？疾閳D4，取區(qū)間[a，b]的路段長度為采樣間隔L，而在該區(qū)間沿道路表面的線積分長度為L’＝∮dl，顯然L’≥L；而采樣傳感器的長度信號是按路表面曲線長度來計量的；所以為使采樣間隔為L，就要求在路表面曲線上截取的采樣平均長度間隔為L’。實際測量標定時，量取一定長的路段S，可以算出采集次數(shù)為N＝S/L，調(diào)整采樣系統(tǒng)使之在該定長路段上產(chǎn)生N個采樣脈沖，這就是平均等間距采樣原理。本發(fā)明采用兩種技術(shù)方案以滿足采樣間隔可調(diào)的要求。一種是圖5所示的機械式無級傳動方案，主要在低速測量中使用。它與已知計術(shù)(中國專利85203151)的無級變速不同，是把采樣傳感器的摩擦傳動輪作成變直徑的錐形輪；采樣傳感器總成[1]在彈簧力的作用下(彈簧未示出)使錐形輪[2]壓靠在測量行駛的輪胎[4]上，形成了采樣的摩擦傳動。當(dāng)調(diào)整采樣傳感器總成[1]沿軸線[3]移動時，改變了錐形輪[2]和測量行駛輪胎[4]的傳動關(guān)系，從而完成了采樣間隔可調(diào)的要求。不限定用于摩擦傳動的輪胎[4]的類型，它可以是牽引裝置的輪胎、測量傳感器的輪胎，也可以是在測量行駛時使用的其它在輔助裝置的輪胎。對于中、高速的測量工況，發(fā)展了一種單片機控制的等間隔采樣技術(shù)。以下簡述其原理。行駛距離脈沖發(fā)生器產(chǎn)生距離脈沖ΔS；行駛距離脈沖發(fā)生器采用車輛測速用的五輪儀的速度傳感器，這是一種常規(guī)設(shè)備，具有輪邊、五輪、非接礎(chǔ)等多種產(chǎn)品；一般都可以用。用單片機系通測出兩個行駛距離脈沖的時間間隔Δt，并算出測量行駛的瞬時速度V＝ΔS/Δt。已知等間隔采樣的間隔L，就可以計算出等間隔采樣的時間間隔ΔT＝V/L，并按ΔT的要求發(fā)出等間隔采樣的脈沖，從而完成了等間隔采樣的要求。5.發(fā)明的效果與
背景技術(shù)：
相比，本發(fā)明的優(yōu)點是輕便、價廉并填補了中、低速道路縱剖面測量儀的空白。一些比較參數(shù)見下表。權(quán)利要求1.一個由車輛或人力牽引的測量傳感器總成和按平均等間隔采樣機構(gòu)組成的裝置，用來測量道路縱剖面的路面不平度。其特征在於僅用一個距離傳感器裝在一定參數(shù)的兩點支承系統(tǒng)上，構(gòu)成了可遞推計算的測量傳感器總成；對該測量傳感器總成進行平均等間隔采樣并進行遞推計算求得單跡道道路縱剖面的路面不平度數(shù)據(jù)。2.按照權(quán)項1.關(guān)于計算的規(guī)定，其計算特征在於遞推計算原理和遞推計算公式。3.按照權(quán)項1.的規(guī)定，平均等間隔采樣機構(gòu)的特征在於在中、低、速時采用變直徑摩擦傳動的無級變速方案；而在中、高速時采用運算控制原理。4.按照權(quán)項2.的規(guī)定，距離測量傳感器的其特征在於不限定傳感器的原理(如機械、光、聲等)和結(jié)構(gòu)(如非接觸式、接觸式等)。5.按照權(quán)項1.關(guān)于測量跡道的規(guī)定，其特征在於采用多個測量傳感器總成就可以進行多跡道測量。6.按照權(quán)項1.的規(guī)定的道路路面；其特征在於路面含義的廣義性。它泛指可測量的鋪裝和非鋪裝的地平；一般含公路、機場、車輛試驗場、體育場、廣場、越野道路等。全文摘要本發(fā)明是一種輕便的遞推式道路縱剖面測量裝置。用來測量道路縱剖面的路面不平度。國際專利分類號E01C23/01。發(fā)明包括測量傳感器總成、平均等間隔采樣機構(gòu)和遞推計算方法三部分組成。用一個裝在一定參數(shù)的兩點支承系統(tǒng)上的距離傳感器構(gòu)成了測量傳感器總成。平均等間隔采樣機構(gòu)在中、低速時采用變直徑摩擦傳動的無級變速機構(gòu)；而在中、高、速時用運算控制方案。本發(fā)明的測量數(shù)據(jù)不但可以用來計算多種路面不平度指標，而且可以用來對路面不平度作解析性分析，如路面功率譜密度PSD、國際路面不平度指數(shù)IRI等。文檔編號E01C23/01GK1140219SQ9510755公開日1997年1月15日申請日期1995年7月10日優(yōu)先權(quán)日1995年7月10日發(fā)明者趙濟海,徐濤,趙泓申請人:趙濟海,徐濤,趙泓