专利名称：：轻便的递推式道路纵剖面测量仪的制作方法1.发明的
技术领域：
(国际专利分类号E01C23/01)本发明是一种道路纵剖面测量装置(PortableRecursionRoadSur-faceProfilometer)。道路纵剖面测量仪是路面不平度测量仪器中重要的一类。由于该类仪器具有优良的幅频特性，所以它的测量数据不但可以用来计算多种路面不平度指标，而且可以用来对路面不平度作解析性分析，如路面功率谱密度PSD、国际路面不平度指数IRI等。2.
背景技术：
与本发明有关的测量仪有英国的TRRL高速路面形状测量仪、美国的GMR道路纵剖面测量仪和中国的路面平整度仪等。Sensorsinhighwayandcivilengineering，ICE，London，1981刊登文章Measurementofroadsurfaceshapeusingalasersensor介绍了TRRL高速路面形状测量仪；其测量机构是一个4.5米长的拖车，在拖车上装有一组4个激光式距离传感器，用来进行路面单迹道的测量，测速80km/h，该仪器高效率、高精度，在国际上享有盛誉。ResearchPublicationGMR-452Dec.22，1964，报导了GMR仪器在了GNR仪器，并在UnitedStatesPatent4,422,322Dec.27，1983中有所改进；采用一个非接触距离传感器用来进行路面单迹道的测量，它采用惯性基准，与本发明原理不同。中国的路面平整度仪(RollingStraightadge-滚动直尺，也叫多轮仪)；它是采用八轮平衡系统支承一个直尺作为随动的测量基准，用一个轮式传感器进行路面单迹道的测量。但其幅频特性不能满足路面解析性分析的要求，不属于道路纵剖面测量仪类。3.发明的目的一级精度、直接测量的路面纵剖面测量装置是路面不平度解析性分析必需的设备。而目前这类的设备的尺寸、重量都比较大，造价高，从而影响了应用和普及；尤其缺乏轻便的、中低速的路面纵剖面测量设备。本发明的目的是填补轻便的、中低速的路面纵剖面测量设备的空白。4.本发明的技术方案本发明仅用一个距离传感器，装在一定参数的两轮的支承系统上，构成路面测量的传感器总成；采用平均等间隔的采样方法，并对采样的数据进行递推计算，求出路面的纵剖面。下面结合附图作进一步描述。图1是测量仪的传感器总成。在传感器总成支架[4]上装有两个轮子[2]，两轮相距为2L，其滚动半径均为R。距离传感器[3]位于两轮的中间，用来测量传感器到路面的距离；为便於表达，使距离传感器的下端面位于两轮轮心的联接线上，测量方向垂直于两轮的公切线[1]，测量的距离值以X表示。总成在弹簧力量的作用下保持与地面接触，在牵引装置[5]的牵引下沿测量方向行驶；牵引装置可以是机动车辆也可以是人力步行牵引；弹簧和牵引装置在图中没有表示。图2是测量参数图。水平基准线[1]。路面纵剖面曲线[2]。Y1、Y2是已知的路面纵剖面距离水平基准线的高度(以下简称路高)；其已知量是这样得到的在测量开始时Y1、Y2是人工标定值，而在测量中的Y1、Y2值则由本发明的递推计算公式求得。为了导出本发明的递推计算公式，把参数图2简化为图3。为了表达的方便，加大了两轮心的高度差(即Y1＋R和Y＋R的高度差)，而不影响其原理和计算结果。作通过Y1处轮心的直线[3]使之与水平基准线[1]平行。[3]线与两个轮子轮心的联接线[2]之间截出了底边为2L的直角三角形。由作图的条件，可知Δ和2Δ有如下关系Δ＝(Y2＋x)－(Y1＋R)(1)2Δ＝(Y＋R)－(Y1＋R)(2)合并(1)、(2)两式并整理之，得到递推计算公式Y＝(2Y2－2R-Y1)＋2X(3)由于R为常量，Y1、Y2为已知量；所以有了传感器测量的距离值X，就可以求出路高Y，当传感器总成沿测量方向每向前行驶一个测量节距L时，就进行一次数据采集得到新的测量值X，代入(3)式就可以求出新的路高Y，从而得到以间距为L的路高序列；这就是路面的纵剖面曲线。现在分析式(3)的误差。考查图3，Y1、Y2的方向与水平基准相垂直，而R和X则与Y1、Y2之间存在夹角α＝tg-1(Δ/L)(图上未示出)。考虑R和X在Y轴上的投影为Rcosα和Xcosα，把(3)式改写为下式Y＝(2Y2－2Rcos－Y1)＋2Xcosα(4)比较式(3)、(4)中变量R、X和Rcosα、Xcosα，可以得到(3)式的百分误差表达式为δ＝(R－Rcosα)100％(5)在实际测量三级沥青路的384个路面纵割面数据中，最大误差值为δmax＝0.12％，平均误差仅为δ＝0.057％，由于误差很小可以忽略；所以用(3)式或(4)式作递推计算公式，在工程上都是可用的。(3)式可以一般性的表示为如下通式Yi＝(2Yi-1＋2R－Yi-2)＋2Xi(6)路剖面数据的等间距采样是推导(6)式的条件。本发明所采用的平均等间距采样的原理是已知技术(中国专利85203151)；但是所采用的技术方案有新的发展。首先简述平均等间距采样原理。考查图4，取区间[a，b]的路段长度为采样间隔L，而在该区间沿道路表面的线积分长度为L’＝∮dl，显然L’≥L；而采样传感器的长度信号是按路表面曲线长度来计量的；所以为使采样间隔为L，就要求在路表面曲线上截取的采样平均长度间隔为L’。实际测量标定时，量取一定长的路段S，可以算出采集次数为N＝S/L，调整采样系统使之在该定长路段上产生N个采样脉冲，这就是平均等间距采样原理。本发明采用两种技术方案以满足采样间隔可调的要求。一种是图5所示的机械式无级传动方案，主要在低速测量中使用。它与已知计术(中国专利85203151)的无级变速不同，是把采样传感器的摩擦传动轮作成变直径的锥形轮；采样传感器总成[1]在弹簧力的作用下(弹簧未示出)使锥形轮[2]压靠在测量行驶的轮胎[4]上，形成了采样的摩擦传动。当调整采样传感器总成[1]沿轴线[3]移动时，改变了锥形轮[2]和测量行驶轮胎[4]的传动关系，从而完成了采样间隔可调的要求。不限定用于摩擦传动的轮胎[4]的类型，它可以是牵引装置的轮胎、测量传感器的轮胎，也可以是在测量行驶时使用的其它在辅助装置的轮胎。对于中、高速的测量工况，发展了一种单片机控制的等间隔采样技术。以下简述其原理。行驶距离脉冲发生器产生距离脉冲ΔS；行驶距离脉冲发生器采用车辆测速用的五轮仪的速度传感器，这是一种常规设备，具有轮边、五轮、非接础等多种产品；一般都可以用。用单片机系通测出两个行驶距离脉冲的时间间隔Δt，并算出测量行驶的瞬时速度V＝ΔS/Δt。已知等间隔采样的间隔L，就可以计算出等间隔采样的时间间隔ΔT＝V/L，并按ΔT的要求发出等间隔采样的脉冲，从而完成了等间隔采样的要求。5.发明的效果与
背景技术：
相比，本发明的优点是轻便、价廉并填补了中、低速道路纵剖面测量仪的空白。一些比较参数见下表。权利要求1.一个由车辆或人力牵引的测量传感器总成和按平均等间隔采样机构组成的装置，用来测量道路纵剖面的路面不平度。其特征在於仅用一个距离传感器装在一定参数的两点支承系统上，构成了可递推计算的测量传感器总成；对该测量传感器总成进行平均等间隔采样并进行递推计算求得单迹道道路纵剖面的路面不平度数据。2.按照权项1.关于计算的规定，其计算特征在於递推计算原理和递推计算公式。3.按照权项1.的规定，平均等间隔采样机构的特征在於在中、低、速时采用变直径摩擦传动的无级变速方案；而在中、高速时采用运算控制原理。4.按照权项2.的规定，距离测量传感器的其特征在於不限定传感器的原理(如机械、光、声等)和结构(如非接触式、接触式等)。5.按照权项1.关于测量迹道的规定，其特征在於采用多个测量传感器总成就可以进行多迹道测量。6.按照权项1.的规定的道路路面；其特征在於路面含义的广义性。它泛指可测量的铺装和非铺装的地平；一般含公路、机场、车辆试验场、体育场、广场、越野道路等。全文摘要本发明是一种轻便的递推式道路纵剖面测量装置。用来测量道路纵剖面的路面不平度。国际专利分类号E01C23/01。发明包括测量传感器总成、平均等间隔采样机构和递推计算方法三部分组成。用一个装在一定参数的两点支承系统上的距离传感器构成了测量传感器总成。平均等间隔采样机构在中、低速时采用变直径摩擦传动的无级变速机构；而在中、高、速时用运算控制方案。本发明的测量数据不但可以用来计算多种路面不平度指标，而且可以用来对路面不平度作解析性分析，如路面功率谱密度PSD、国际路面不平度指数IRI等。文档编号E01C23/01GK1140219SQ9510755公开日1997年1月15日申请日期1995年7月10日优先权日1995年7月10日发明者赵济海,徐涛,赵泓申请人:赵济海,徐涛,赵泓