小体积路面弯沉快速测量装备系统的制作方法

本发明涉及路面弯沉检测，尤其涉及一种小体积路面弯沉快速测量装备系统。

背景技术：

1、路面弯沉用于表征公路路基路面整体承载能力，在道路养护决策中发挥着重要作用。传统的弯沉测量设备有贝克曼梁和落锤式弯沉仪(falling weight deflectometer，fwd)，这类测量设备只能测量离散点，测量速度为1-3km/h，测量过程中影响交通，且存在巨大安全隐患。道路养护决策要求短周期对路网进行弯沉测量，因此，快速弯沉测量技术显得迫切而必要。

2、目前已有基于路面变形速度的弯沉测量方法，需要在弯沉盆外安装参考测速仪，即要求此参考测速仪对应测点无路面变形速度，而不同路面类型具备不同的弯沉盆半径。在高等级道路设计规范规定路面弯沉盆半径在4m以内，这意味着在荷载作用下路面发生变形的影响范围在以荷载点为中心的4m范围内，而4m范围外认为是没有变形速度的。在已有基于路面变形速度的弯沉测量方法中，通常将参考测速仪安装在距离载荷中心的水平距离3.6m处，此种测量方法导致测量载车车身较长(通常采用牵引车+拖车的方式)，此种测量方法严重影响检测设备的通过性(如限高、限行等)，即严重影响设备的使用范围，进而大幅增加了设备的使用成本(使用场景有限，实际检测过程中空行驶率高)，故亟需设计基于小体积载车的快速弯沉检测装备系统。

技术实现思路

1、本发明提供一种小体积路面弯沉快速测量装备系统，用以解决现有技术中无法实现基于小体积载车的快速弯沉测量的问题。

2、本发明提供一种小体积路面弯沉快速测量装备系统，包括：移动测量平台、弯沉测量单元和数据处理单元；

3、所述弯沉测量单元安装于所述移动测量平台，用于获取距离载荷中心水平距离在第一距离范围内的多个测点的第一路面变形速度和速度噪声，以及获取距离载荷中心水平距离在第二距离范围内且位于弯沉盆区域内的参考测点的第二路面变形速度和速度噪声，所述第一距离范围的最大值小于所述第二距离范围的最小值；

4、所述数据处理单元用于提取多个所述第一路面变形速度和第二路面变形速度，计算各所述第一路面变形速度和所述第二路面变形速度的差值，计算移动测量平台的水平移动速度，并基于各差值反演路面弯沉值。

5、根据本发明提供的一种小体积路面弯沉快速测量装备系统，所述移动测量平台包括：载车平台、供电子系统、控制子系统；

6、所述载车平台包括：测量载车和定位子系统，所述定位子系统安装在所述测量载车上，所述定位子系统用于获取测量空间和测量时间；所述弯沉测量单元安装于所述测量载车上；

7、所述供电子系统为弯沉测量单元、数据处理单元、定位子系统和控制子系统供电；

8、所述控制子系统用于控制所述弯沉测量单元和定位子系统各自数据的同步采集。

9、根据本发明提供的一种小体积路面弯沉快速测量装备系统，所述弯沉测量单元包括：设置在方舱内的刚性横梁、第二测速仪和多个第一测速仪，所述方舱设置在测量载车上，所述刚性横梁安装在所述方舱内，所述第二测速仪和多个所述第一测速仪分别安装在所述刚性横梁上；

10、多个所述第一测速仪用于分别测量多个测点的第一路面变形速度和速度噪声；

11、所述第二测速仪用于测量参考测点的第二路面变形速度和速度噪声；

12、所述方舱底部设有分别与第二测速仪和多个第一测速仪对应的第一测量孔位。

13、根据本发明提供的一种小体积路面弯沉快速测量装备系统，多个所述第一测速仪和所述第二测速仪在所述刚性横梁上共线平行安装，每个所述测速仪与垂直于路面所在平面的垂线沿顺时针方向的安装角度为-5°～5°，任意两个测速仪的安装角度差小于1°。

14、根据本发明提供的一种小体积路面弯沉快速测量装备系统，所述弯沉测量单元还包括：加速度计，所述加速度计安装在车架上靠近所述测量载车测量轮对应的承载轴的位置，用于获取测量载车的测量轮所对应承载轴的上下振动加速度；所述弯沉测量单元还包括：温度计，所述温度计安装在所述载车、所述方舱或所述刚性横梁上，以获取路表温度。

15、根据本发明提供的一种小体积路面弯沉快速测量装备系统，所述数据处理单元还用于基于所述上下振动加速度修正所述路面弯沉值，基于所述路表温度修正所述路面弯沉值。

16、根据本发明提供的一种小体积路面弯沉快速测量装备系统，所述刚性横梁上还安装有陀螺仪，用于测量刚性横梁的旋转角速度，所述数据处理单元还用于基于所述旋转角速度补偿所述刚性横梁的旋转速度噪声。

17、根据本发明提供的一种小体积路面弯沉快速测量装备系统，所述数据处理单元用于按如下公式计算各所述第一路面变形速度和所述第二路面变形速度的差值：

18、

19、其中，n表示所述第一测速仪的个数，vrr表示第二距离范围内的第二路面变形速度，vdr表示第二距离范围内参考测点处第二测速仪测量的速度，vri表示第一距离范围内第i个第一测速仪对应的第一路面变形速度，vdi表示第一距离范围内第i个第一测速仪测量的速度，ki1表示第一距离范围内第i个第一测速仪对应的旋转系数，ki2表示第一距离范围内第i个第一测速仪对应的行车速度系数，gx表示所述刚性横梁的旋转角速度，vh表示移动测量平台的水平移动速度，bi表示第一距离范围内第i个第一测速仪对应的常数偏差，i＝1,2,…,n。

20、根据本发明提供的一种小体积路面弯沉快速测量装备系统，所述数据处理单元用于按如下公式反演路面弯沉值：

21、

22、其中，w(x)表示沿行车方向距离载荷中心任意位置x的路面弯沉值，参数a和b通过如下公式计算得到：

23、

24、其中，xr表示第二距离范围内参考测点距离载荷中心的水平距离，xi表示第一距离范围内第i个第一测速仪距离载荷中心的水平距离。

25、根据本发明提供的一种小体积路面弯沉快速测量装备系统，所述数据处理单元用于基于参数a和b，获取沿行车方向距离载荷中心任意位置x的路面弯沉值w(x)；或者，所述数据处理单元用于按如下公式对所述差值积分，以得到所述第一距离范围内各测点相对所述第二距离范围内参考测点的路面相对竖向变形量(相对弯沉值)；

26、

27、其中，y(xi)为所述第一距离范围内第i个测点相对所述第二距离范围内参考测点的路面相对竖向变形量，dx为相邻两个测点间的水平距离。

28、本发明提供的小体积路面弯沉快速测量装备系统，包括：移动测量平台、弯沉测量单元和数据处理单元；所述弯沉测量单元安装于所述移动测量平台，用于获取距离载荷中心水平距离在第一距离范围内的多个测点的第一路面变形速度和速度噪声，以及获取距离载荷中心水平距离在第二距离范围内且位于弯沉盆区域内的参考测点的第二路面变形速度和速度噪声，所述第一距离范围的最大值小于所述第二距离范围的最小值；所述数据处理单元用于提取多个所述第一路面变形速度和第二路面变形速度、计算各所述第一路面变形速度和所述第二路面变形速度的差值，并基于各差值反演路面弯沉值。在已有基于路面变形速度的弯沉测量方法中，需将参考测速仪安装在距离载荷中心的水平距离3.6m处，此外，为防止前后轮的弯沉盆(由轴载产生)互不干涉，前后轮的轴距需要大于7.2m，此种测量方法导致测量载车车身较长(通常采用牵引车+拖车的方式，车身长度通常大于13米)，此种测量方法严重影响检测设备的通过性(如限高、限行、转弯困难等)，即严重影响设备的使用范围，本发明提供的小体积路面弯沉快速测量装备系统，参考测速仪对应的参考测点无需在弯沉盆外，即在弯沉盆区域内，测量时参考测点对应的测速仪也对应在弯沉盆区域内，与多个测点对应的测速仪距离较近，结构更紧凑，可极大的缩小对载车前后轮轴距的要求，即移动测量平台可以选择较小的测量载车(如：小型或中型载车)，从而实现小体积载车的快速弯沉测量。