一种公路路面平整度跟踪检测装置及检测方法与流程

本发明涉及公路工程质量检测装置领域，具体涉及一种公路路面平整度跟踪检测装置及检测方法。

背景技术：

路面平整度是评价路面使用性能的重要标志,它直接影响车辆在路面上的行驶质量。因此路面平整度的改善和提高一直作为沥青路面施工中的一项关键技术而受到重视。虽然路面平整度受多种因素的影响,但是它们都是可以测量的,而且可以通过调整和改进以及严格控制施工工艺,得到改善和提高。因此在施工过程中进行跟踪检测与控制显得十分重要。

目前在高速公路施工中多采用三米尺和八轮连续式路面平整度仪检测路面平整度,八轮仪通过安置测量轮上的位移传感器,将仪器通过的路段的高程自动定时采集,并将该被检路段区间内获得的一组位移数据进行方差分析,计算出标准偏差、测试长度、曲线振幅的单向累计值等数据,并打印输出。

但是由于传统八轮仪和三米尺这种测量方式需要在施工结束之后进行测量，即时较差，并且耗费时间；并且由于采用位移传感器进行测量会受到路面颠簸带来的影响，导致测量误差较大，随着施工效率提高，已渐渐不能满足施工需求。

因此，目前在该领域提出了一种通过激光技术进行测量的方式，但是这种技术在公路沥青碾压作业中，由于施工时的工作环境与条件影响，研制中需要解决以下难题：

1、路面施工初压、终时压的温度分别在130度和80度以上，因此激光器、探测器的都需要解决高温环境对性能影响的难题。

2、路面施工时会产生水蒸气，对激光探测会不利，影响测量精度。

3、施工时除了水蒸气外还有其他有机挥发气体，对激光器与探测器具有腐蚀作用，影响传感器可靠性及寿命，需要采取相应对策。摊铺现场空气中有害物质主要来自沥青逸散的一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、硫化氢、二氧化硫、苯并(a)芘和石油沥青(烟)。沥青烟气中焦油粒子是一种挥发冷凝物，呈黄色烟状物，其粒径范围多在0.1～1.0μm之间，容易附着在光学窗口上。

4、施工过程中的路面起伏较大，设备需要及时准确校正才能达到高精度检测要求。

5、数据处理过程中需要考虑滚压过程中的基准稳定性问题。

技术实现要素：

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种公路路面平整度跟踪检测装置及检测方法，解决了高温环境和沥青蒸汽对光学设备的干扰，将激光测距技术和风冷技术应用在公路施工平整度检测中，为施工过程反馈实时的、准确的路面平整度信息，从而帮助施工人员及时调整施工方案。

本发明的具体技术方案如下：

本发明提供了一种公路路面平整度跟踪检测装置，包括激光测距仪、陀螺仪、加速度传感器、速度传感器、微处理器、风筒以及风机；

陀螺仪、加速度传感器以及速度传感器均安装在施工车辆的主车架上，且其均与微处理器电连接；

风筒竖直安装在施工车辆的主车架上，其内部安装风机；风筒的上端为进风口，下端为出风口，出风口朝向待测路面；

激光测距仪位于风筒内，且安装在风机下方，激光测距仪的出射激光从出风口垂直出射至被测路面。

进一步地，为了对空气进行过滤，防止烟尘和沥青蒸汽吸入风筒，所述风筒内安装有过滤网；所述过滤网安装在进风口与风机之间。

进一步地，所述还包括与所述微处理器通过无线数据传输装置连接的远程计算机。

进一步地，该系统还包括蓄电池，所述蓄电池用于给激光测距仪、陀螺仪、加速度传感器、速度传感器、微处理器以及风机供电。

基于上述对公路路面平整度跟踪检测装置的结构描述，现对采用该公路路面平整度跟踪检测装置进行检测的方法进行介绍，其具体如下：

【1】在一个完全平整路面条件下，标定激光测距仪与完全平整路面之间垂直高度为h0，并将该变化量输入至微处理器；

【2】激光测距仪对实际待测路面进行测量，测量得到实际待测路面与激光测距仪之间的距离值序列si，其中i为测量点个数，且i≥1；

【3】加速度传感器测量出施工车辆在z轴方向的位移量xz，同时陀螺仪测量出施工车辆在x轴方向的转动角度θx以及z轴方向的转动角度θz，并分别将z轴方向的加速度数据以及x轴、z轴方向转动角度数据输入至微处理器；其中，z轴方向为垂直于实际待测路面的方向；x轴方向为施工车辆行驶的方向

【4】微处理器利用步骤【1】、步骤【2】和步骤【3】测得的数据，消除测量车自身颠簸的影响后，计算得到路面与施工车辆主车体中点之间的垂直距离数据hi；具体计算公式如下：

【5】速度传感器输出检测距离l，并将其传输至微处理器；

【6】微处理器利用步骤【4】得到hi以及步骤【5】得到的检测距离l，计算得到待测路面平整度标准差σ；具体计算公式如下：

di＝hi-h0,

n＝l/100,n向下取整；

其中，di为第i次测量路面断面高程数据，

n为检测距离l内测量点个数，且n∈i；根据规定每100mm测量一次。

本发明的有益效果是：

1、本发明的利用激光测距仪测量路面与施工车辆主车体中点之间的垂直距离的方式进行路面平整度测量，相较于传统的机械测量轮，激光测距的精度受路面影响较小，维护简便。

2、本发明为克服沥青碾压作业中路面高温以及沥青蒸汽对激光器、光学探头的影响，设计降温系统，利用风机向激光测距仪吹风，在降温的同时，还能防止沥青蒸汽及灰尘对激光测距仪影响。

3、测试车以一定的速度在路面上行驶,固定在施工车辆主车体的激光传感器通过测试激光束反射回读数器的角度来测试路面,这个距离信号同测试车上装的加速度计和陀螺仪信号进行互差,消除测试车自身的颠簸,输出路面的真实断面信号，最终的到精准的路面平整度数据。

附图说明

图1为本发明的结构简图：

图2为风筒部分的结构简图。

附图标记如下：

1-牵引部分、2-前桥、3-主车架、4-后桥、5-车轮、6-激光测距仪、7-陀螺仪、8-加速度传感器、9-速度传感器、10-微处理器、11-风筒、12-风机、13-进风口、14-出风口、15-过滤网、16-蓄电池。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明进行详细的描述。

如图1和图2所示，本实施例给出一个安装路面平整度检测装置的施工车辆，该施工车辆主要包括：牵引部分1、前桥2、主车架3、后桥4、八个车轮5以及路面平整度检测装置。

其中，牵引部分1安装在主车架3前端上方，前桥2上端与主车架3通过减震器连接，下端安装车轮5；后桥4上端与与主车架3通过减震器连接，下端安装车轮5；

路面平整度检测装置包括激光测距仪6、陀螺仪7、加速度传感器8、速度传感器9、微处理器10、风筒11以及风机12；陀螺仪7、加速度传感器8以及速度传感器9均安装在施工车辆的主车架3上，且其均与微处理器10电连接；

风筒11竖直安装在施工车辆的主车架3上，其内部安装风机12；风筒11的上端为进风口13，下端为出风口14，出风口14朝向待测路面；激光测距6仪位于风筒11内，且安装在风机12下方，激光测距仪6的出射激光从出风口14垂直出射至被测路面。

同时，为了对空气进行过滤，防止烟尘和沥青蒸汽吸入风筒，风筒11内安装有过滤网15；过滤网15安装在进风口与风机之间。该路面平整度检测装置还包括蓄电池16，该蓄电池16用于给激光测距仪6、陀螺仪7、加速度传感器8、速度传感器9、微处理器10以及风机12供电。另外，为了实现在远程对路面平整度的数据进行获取，该装置还可通过无线数据传输装置将数据上传至远程计算机。

该施工车辆可实现在施工过程中实时的对施工路面平整度进行精准测量，其具体检测方法如下：

步骤【1】在一个完全平整路面条件下，标定激光测距仪与完全平整路面之间垂直高度为h0，并将该变化量输入至微处理器；

步骤【2】激光测距仪对实际待测路面进行测量，测量得到实际待测路面与激光测距仪之间的距离值序列si，其中i为测量点个数，且i≥1；

步骤【3】加速度传感器测量出施工车辆在z轴方向的位移量xz，同时陀螺仪测量出施工车辆在x轴方向的转动角度θx以及z轴方向的转动角度θz，并分别将z轴方向的加速度数据以及x轴、z轴方向转动角度数据输入至微处理器；其中，z轴方向为垂直于实际待测路面的方向；x轴方向为施工车辆行驶的方向；

步骤【4】微处理器利用步骤【1】、步骤【2】和步骤【3】测得的数据，消除测量车自身颠簸的影响后，计算得到路面与施工车辆主车体中点之间的垂直距离数据hi；具体计算公式如下：

步骤【5】速度传感器输出检测距离l，并将其传输至微处理器；

步骤【6】微处理器利用步骤【4】得到hi以及步骤【5】得到的检测距离l，计算得到待测路面平整度标准差σ；具体计算公式如下：

di＝hi-h0,

n＝l/100,n向下取整；

其中，di为第i次测量路面断面高程数据。