山区公路平整度检测技术方法研究.pdf

道路施工与 ROAD CONSTRUCTION AND MACHINERY
文章编号:1000-03X(2013)06-0060-04
山区公路平整度检测技术方法研究
侯君辉2,李孝兵2,孙成来2,田士强2
(1.交通运输部公路科学研究院,北京10008;2.北京市路兴公路新技术有限公司,北京100088)
摘要:针对山区公路平整度检测提出一种新的方法,该方法可以实时检测车身在拐弯时设备的倾
角,并用于计算与修正激光传感器测量路面的相对高程。通过模拟试验和在试验路段的测试表明
此方法能较好地消除车辆倾斜造成的路面平整度检测偏差
关键词:山区公路;平整度检测;激光传感器;偏差
中图分类号:U416.06
文献标志码:B
Research on Detection Method of Smoothness of
Highway in Mountainous Area
HOU Jun-huil2, II Xiao-bing, SUN Cheng-lai, TIAN Shi-qiang
(1. Research Institute of Highway Ministry of Communications, Beiing 100088, China
2. Beijing Luxing New Road Technology Co. Itd. Beijing 100088, China)
Abstract: A new method for smoothness detection was proposed for highways in mountainous
area, which could obtain the dip angle of equipment in real-time while the vehicle was swinging
and could be applied to calculate and revise the relative elevation tested by laser sensors. The
simulation and test road indicate that this method can effectively eliminate the deviation of
smoothness caused by the tilting of vehicle.
Key words: highway in mountainous area; smoothness detection; laser sensor; deviation
0引言
统影响较大。直接式的检测设备包括手推式断面仪
和车载式激光断面仪。手推式断面仪能较好地反映
路面平整度是评价路面使用性能的重要指标之路面平整度情况,但使用时需人工推行进行检测,速
一,它直接反映了车辆行驶的舒适度、路面的安全性度较慢,不能满足长距离连续测试的要求。车载式
及使用状态3。不良的路面平整度不仅会影响道激光断面仪通常是一维方向上的准惯性基准测量系
路行车安全,降低行车舒适性,增大行车噪音污染,统,通过固定在测量车车身上的一个激光传感器和
而且还增加了车辆的运行费用(如增加油耗、降低行一个单轴加速度传感器的联合修正来测量公路路面
车速度、増加车辆机件磨损)[?,同时更加速了路的相对高程,进而得到路面平整度。
面结构破坏,影响路面的使用年限,缩短养护周
上述两类设备都可用于一般平直道路的平整度
期。因此,如何对路面平整度进行检测评定,是
检测,但在进行山区路面平整度检测时,由于山区道
个十分重要的课题。
路弯道多。拐弯半径小,检测车辆快速经过弯道时,
平整度检测仪目前主要分响应式检测类和传感器会随车身发生倾斜,传感器在倾斜状态下的
直接式检测类。最典型的响应式检测设备就是颠簸输出值与正常状态相比会出现较大偏差。因此系统
累积仪1°,它是通过测量该仪器的装载车在被测路计算得到的路面相对高程值也会出现较大偏差,不
面通过时,车后轴与车厢的单向位移累积值来表征能真实反映道路路面的平整度。
路面的平整度状况。但该设备受车辆本身的悬挂系
本文提出一种横向布置2个激光传感器的方
收稿日期:2012-11-19
基金项目:广东省交通科技计划项目(科技-2013-01018)
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ROAD CONSTRUCTION AND MACHINERY{道路施工与机
法,它可以通过实时测量年载设备随车身倾斜产生
的横滚角,实时修正设备所测得的相对高程,从而得
加速度传感器
到实际的路面相对高程,真实反映路面的平整度
激光传感器
检测方法
激光传感器
1角度测量方案
为了消除车载设备随车身倾斜带来的角度偏
差,需准确测量出设备当前的倾斜角度值(即横滚
角)。目前在与行驶姿态相关的测量中,主要应用以
图1测量设备结构(横断面
下几种传感器:陀螺仪、倾角仪和电子罗盘。
路激光对地面的投射也同时发生倾斜。由此造成两
应用陀螺仪测量姿态角,主要有以下几个缺点
路激光检测出的对地高程不同(图2)。此时可以通
般陀螺仪稳定性、重复性较差,随机漂移较大,另过比较2个激光传感器的测量值之差,实时计算出
外陀螺仪在长时间工作时,其温度累积误差会逐浙车身的倾斜角度。利用此角度,可以修正和补偿车
增大,甚至会严重影响角度的测试精度。在公路路辆在拐弯、并线等车身发生倾斜时造成的各种偏差。
面平整度检测中,由于测试全部是以车载的方式在
加速度计
户外进行,陀螺仪的使用环境较为恶劣,其中,工作
光传感器
温度可能从0C到近60℃,并且需要连续快速的测
激光传感器l
量。因此,当陀蝶仪在户外连续工作时,受到温度及
其他因素的影响,陀螺仪测量的姿态角精度会大大
降低。
倾角仪测量角度的精度较高,但是其响应频率
较低,一般不超过30H2,主要用于准静态情况下的
测量。在公路路面平整度检测中,测试车辆的行驶
速度通常较快,一般在70~80km?h-',此时,倾角
图2角度计算模型
仪的响应频率不够,因而不能准确测量动中的姿
如图2所示,加速度计和激光传感器1同轴处
态角度。
于竖直方向上,激光传感器2与激光传感器1的横
电子罗盘仪的工作原理是测量地球磁场,其分向间距为L(设定距离为100mm),激光束在同一平
辨率和精度较低。另外,如果在使用的环境中有除面上。当车身发生倾斜时(转弯、并线等),加速度和
地球以外的其他磁场,且无法有效地屏蔽这些磁场2个激光传感器会随车身一起倾斜,此时激光传感
时,电子罗盘的使用就有很大的问题
器1和激光传感器2测得的高程分别为H和H1
激光传感器的采样频率较高、精度高,一般可达由图2可计算出测试设备整体的横滚角度
16kHz,最小分辨率可达0.01mm,在实际检测响
a= arctan(H1ーH)/L
应的频率和精度完全可以满足实际工况的需求。另
在测量系统中,加速度的测量一般选取单轴
外,激光传感器稳定性好,不会随温度和时间产生系方向的重力加速度计,它只输出竖直方向上的加
统累积误差,可靠性高
速度信号。因此加速度信号值不需要进行二次修
检測原理
正,利用这个角度,可以对激光传感器的测量高程
本设备采用沿车身方向横向分布2个激光传感进行修正