技术领域
[0001] 本
发明涉及平整度测量领域，更具体地说，涉及一种平整度测量方法与设备。
背景技术
[0002] 平整度是评价公路路面、
铁道、广场、机场、堤坝等施工
质量好坏的重要指标之一。不平整的道路不仅会增大车辆颠簸和振动、影响行车的速度、安全和舒适程度，而且还会因为冲击
加速路面和车辆的损坏、增大油料的消耗。路面不平整还会积滞雨
水，加速路基水侵蚀，并带来行车安全隐患。同样，坡度异常也将带来安全
风险。
[0003] 有效的平整度和坡度测量可用于工程质量评估、指导工程施工、定量评估路面损坏程度，科学制定维护方案，合理设置安全提示标牌。
[0004] 现有的平整度检测方法主要有：
[0005] (1)三米尺法，其局限主要是人工操作繁琐，工作量大；
[0006] (2)连续式平整度仪法，其局限是周边参考标准不确定，难以检测较大规模的不平整或坡度变化；
[0007] (3)路面激光平整度仪，其局限同连续式平整度仪法；
[0008] (4)车载式颠簸累积仪，其局限是仅能进行定性振动评估和主观舒适度评估；
[0009] (5)铁轨表面激光反射法，其局限是仅用于铁轨小区域不平整测量，无法获取全局信息，且易受
钢轨表面状况影响；
[0010] 以上现有测量方法都存在一些局限性，其突出共同问题还有就是无法获得坡度信息，不适合斜面测量，可见研发新型便捷平整度测量仪有重要意义。
发明内容
[0011] 针对上述技术问题，本发明提供了一种平整度测量方法，包含如下步骤：
[0012] S1、控制检测车辆沿着被测面的待测方向前进；
[0013] S2、在车辆前进过程中，每隔预设时长τ利用车上的检测系统进行一次数据检测，对于任意的第i次检测，检测的数据包括：si、βi；其中，si表示第i个预设时长τ内车辆前进的距离，βi表示第i个预设时长τ内进行一次
采样得到的检测车辆与水平面的倾
角；
[0014] S3、由H(T)i或H(S)i数列进行高通滤波，得所述待测方向的被测面颠簸信息；和/或，由H(T)i或H(S)i数列进行低通滤波得所述待测方向的被测面坡度信息；和/或，由aβ(T)i或aβ(S)i或aβ(X)i数列获知起点至第i点总体平整度信息；其中， hi＝si·sinβi，Ti＝iτ， xi＝si·cosβi。
[0015] 进一步地，在本发明的平整度测量方法中，si的检测方式为下述方式中的任意一种或者多种的组合：
[0016] (1)测量第i个预设时长τ内
车轮转动角度θi，然后通过公式si＝rθi计算得出si；
[0017] (2)检测车辆在第i个预设时长τ内的速度vi，然后对速度vi在时间上进行积分得到si；
[0018] (3)由北斗或GPS
定位定位装置得到si；
[0019] (4)通过在车辆上安装的路程、位移
传感器或经纬仪检测得到si。
[0020] 进一步地，在本发明的平整度测量方法中，任意时刻检测车辆与水平面的倾角β通过下述方式得到：
[0021] 在检测车辆上悬挂一自由下垂摆杆，自由下垂摆杆的下端安装有定位
准直光源，定位准直光源的光线发射方向平行于自由下垂摆杆的轴线方向或与自由下垂摆杆的轴线同轴，在自由下垂摆杆的下方安装有一线阵CCD/面阵CCD/PSD光电
位置传感器，线阵CCD/面阵CCD/PSD光电
位置传感器平行于车辆底盘进行设置；倾角β由下述公式计算得到：
[0022] β＝arctg(a/b)；
[0023] 式中，a为定位准直光源在线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器上的光点与预设的基准点的距离，b为自由下垂摆杆上端点到线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器的距离，其中定位准直光源在线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器上的光点位于基准点时表示β＝0。
[0024] 进一步地，在本发明的平整度测量方法中，任意时刻检测车辆与水平面的倾角β通过下述方式得到：
[0025] 在检测车辆上平行于
车顶面安装有向车底部照射的均匀面光源并在所述面光源处悬挂有一非透明的自由下垂摆杆，自由下垂摆杆下安装有一线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器，线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器平行于车辆底盘进行设置；倾角β由下述公式计算得到：
[0026] β＝arcsin(a/L)；
[0027] 式中，a为线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器检测到的被挡光部分的长度，光L为自由下垂摆杆的长度。
[0028] 进一步地，在本发明的平整度测量方法中，任意时刻检测车辆与水平面的倾角β通过下述方式得到：
[0029] 在检测车辆上固定有一
激光器以及与激光器处于同一高度的线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器，在激光器与线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器之间的下方固定具有一横截面积恒定的密闭容器，密闭容器的顶面透明平整，密闭容器内具有可反光液体，激光光束照射在密闭容器中的可反光液体液面的中心部位上并反射至线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器；倾角β由下述公式计算得到：
[0030]
[0031] 式中，θ为预设值，代表激光器的发射光线与车顶之间的夹角，γ＝arctan(h/l)，h是所述液面中心部位距离所述激光器所在平面的垂直距离，l由线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器测量出，代表反射光线偏离基准点的距离，其中反射光线在线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器上的光点位于基准点时表示β＝0。
[0032] 进一步地，在本发明的平整度测量方法中，所述可反光液体为水
银。
[0033] 进一步地，在本发明的平整度测量方法中，任意时刻检测车辆与水平面的倾角β通过下述方式得到：
[0034] 在检测车辆上固定有第一片半圆形极板，该极板平面垂直于检测车底盘，半圆直径方向平行于车底盘并平行于检测车前进方向，过该半圆极板圆心固定有一垂直于半圆面的
转轴，第二片相同规格、相同方向的半圆极板圆心套装在所述转轴上可以绕所述转轴平行于第一片半圆极板旋转，第二片半圆极板上固定悬挂一自由下垂摆杆，摆杆轴线与第二片半圆直径垂直，该摆杆随着倾角β摆动时带动第二片半圆
电极相对第一片固定半圆电极旋转，倾角β由第一电极板与第二电极板之间的电容大小得到，在所述第一片半圆极板直径附近，在直径与车顶部之间，并在偏测量前进方向一侧的半径方向上具有一摆动方向检测装置；或，
[0035] 在检测车辆上悬挂一自由下垂摆杆，以旋转式可调
电阻的转轴作为自由下垂摆杆的转轴，可调电阻的基体固定在车辆上，自由下垂摆杆摆动时通过转动轴带动可调端调节可调电阻的大小，倾角β由可调电阻的大小得到；或，
[0036] 在检测车辆上悬挂一自由下垂摆杆，自由下垂摆杆上装有其它角度传感器，倾角β由角度传感器测量得到。
[0037] 进一步地，在本发明的平整度测量方法中，所述电容式倾角检测装置的摆动方向检测装置为挡光检测装置或者接近
开关。
[0038] 进一步地，在本发明的平整度测量方法中，步骤S3中，由H(T)i或H(S)i数列进行滤波，得被测面颠簸信息或被测面坡度信息具体包括如下步骤：
[0039] 将H(T)i或H(S)i数列进行滤波；
[0040] 按时间段分别求方差，从而得到被测面颠簸信息；其中，所述时间段的长度为kτ，k为大于1的正整数。根据本发明的另一方面，本发明为解决其技术问题，还提供一种平整度测量设备，该设备采用上述的平整度测量方法进行平整度测量。
[0041] 实施本发明的平整度测量方法及设备，具有以下有益效果：本发明能够实现对道路平整度的自动测量，测量方法简单，设备成本低廉，且能够应用于斜面测量，检测结果准确，且可以很容易获得坡度信息。
附图说明
[0042] 下面将结合附图及
实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0043] 图1是本发明的平整度测量方法一实施例的
流程图；
[0044] 图2是预设时长内检测车辆平整度参数示意图；
[0045] 图3是本发明的平整度测量装置第一实施例的示意图；
[0046] 图4是本发明的平整度测量装置第一实施例的
电路原理
框图；
[0047] 图5是本发明的平整度测量装置第一实施例的角度测量示意图；
[0048] 图6是本发明的平整度测量装置第二实施例的示意图；
[0049] 图7是本发明的平整度测量装置第三实施例的示意图；
[0050] 图8是本发明的平整度测量装置第三实施例的角度测量示意图；
[0051] 图9是本发明的平整度测量装置第四实施例的示意图；
[0052] 图10是本发明的平整度测量装置第五实施例的示意图；
[0053] 图11是本发明的平整度测量装置第五实施例的角度测量示意图；
[0054] 图12是本发明的平整度测量装置第六实施例的角度测量示意图。
具体实施方式
[0055] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
[0056] 参考图1，其为本发明的平整度测量方法一实施例的流程图。
[0057] S1、控制检测车辆沿着被测面的待测方向前进，本实施例中，被测面是路面。检测车辆在本实施例中为通过
电子设备自动控制进行前进，为了检测方便，可以控制检测车辆匀速前进；在本发明的另一实施例中，其为人工控制前进。
[0058] S2、在车辆前进过程中，每隔预设时长τ利用车上的检测系统进行一次数据检测，对于任意的第i次检测，检测的数据包括：si、βi；其中，si表示第i个预设时长τ内车辆前进的距离，βi表示第i个预设时长τ内进行一次采样得到的检测车辆与水平面的倾角。si的检测方式为下述方式中的任意一种或者多种的组合，但是本发明不限于此。
[0059] (1)测量第i个预设时长τ内车轮转动角度θi，然后通过公式si＝rθi计算得出si；
[0060] (2)检测车辆在第i个预设时长τ内的速度vi，然后对速度vi在时间上进行积分得到si；
[0061] (3)由北斗或GPS定位定位装置得到si；
[0062] (4)通过在车辆上安装的路程、位移传感器或经纬仪检测得到si。
[0063] S3、由H(T)i或H(S)i数列进行高通滤波，得所述待测方向的被测面颠簸信息；或，由H(T)i或H(S)i数列进行低通滤波得所述待测方向的被测面坡度信息；或，由aβ(T)i或aβ(S)i或aβ(X)i数列获知起点至第i点总体平整度信息；参考图2，其中， hi＝si·sinβi，Ti＝iτ， xi＝si·cosβi。由H(T)i或H(S)i数列进行滤波，得被测面颠簸信息或被测面坡度信息具体包括如下步骤：
[0064] 将H(T)i或H(S)i数列进行滤波；
[0065] 按时间段分别求方差，从而得到被测面颠簸信息；其中，所述时间段的长度为kτ，k为大于1的正整数，如k＝10。
[0066] 下述将结合附图对βi的获取做进一步说明。
[0067] 参考图3，本实施例的平整度测量装置安装在检测车辆上，包含自由下垂摆杆2，自由下垂摆杆2的下端安装有定位准直光源2’，定位准直光源2’的光线发射方向平行于自由下垂摆杆2的轴线方向或与自由下垂摆杆2的轴线同轴，定位准直光源2’优选为激光光源。在自由下垂摆杆的下方安装有一线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”，线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”平行于车辆底盘进行设置，在本实施例中，自由下垂摆杆的上端可转动地固定在检测车辆的车顶上，线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”固定在检测车辆的底部。同时参考图4，平整度测量装置还包括电子组件3以及用于检测所述检测车辆移动距离的位移测量装置，电子组件3包括主控芯片、调理电路以及
模数转换电路、以及用于检测所述检测车辆移动距离的位移测量装置，线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”依次电性连接调理电路以及模数转换电路主控芯片，主控芯片还电性连接所述位移测量装置，在本实施例中主控芯片为
单片机。同时本实施例采用上述方式(1)中的方式先测量第i个预设时长τ内车轮转动角度θi，然后通过公式si＝rθi计算得出si，车轮转动角度θi通过角度传感器进行测量，图4中所示出的两个调理电路在本实施例中均包括依次包括第一滤波电路、放大电路、第二滤波电路，第一滤波电路
连接线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器
2”/角度传感器，第二滤波电路连接AD转换电路。优选地，在本实施例中，平整度测量装置一显示装置，显示装置连接所述主控芯片以显示主控芯片计算出的平整度。检测车辆具有
电机驱动器4，电机驱动器依次电性连接滤波电路、
数模转换电路以及所述主控芯片，以接受主控芯片的控制来控制检测车辆的行使状态。
[0068] 参考图5，倾角β由下述公式计算得到：
[0069] β＝arctg(a/b)；
[0070] 式中，a为定位准直光源在线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”上的光点与预设的基准点的距离，该移动距离由线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”测量得到，并经过调理电路和AD采样电路被主控芯片得到，b为自由下垂摆杆2上端点到线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”的距离，其为预设值，其中定位准直光源在线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”上的光点位于基准点时表示β＝0。
[0071] 在本发明的其他一些实施例中，任意时刻检测车辆与水平面的倾角β通过下述方式得到：
[0072] 方式一、在检测车辆上悬挂一自由下垂摆杆，自由下垂摆杆上装有第一半圆形电极板，第一半圆形电极板随自由下垂摆杆的转动而转动，检测车辆上固定有与第一半圆形电极板平行设置的第二半圆形电极板，由于第二半圆形电极板设置在车辆上，因此其不随自由下垂摆杆的转动而转动。第一半圆形电极板所在平面与自由下垂摆杆的摆动平面共面或者平行，第二半圆形电极板的直径平行于底盘，且在所述直径处具有一摆动方向检测装置(不能在所述直径的经过圆心的垂线上)。倾角β由第一半圆形电极板与第二半圆形电极板之间的电容大小得到，第一半圆形电极板与第二半圆形电极板可以设置为形状和大小完全一致：如将检测车辆在水平行使时，第一半圆形电极板和第二半圆形电极板设置为100％相对，此时的电容设置为基准值，检测车辆在非水平行使时，第一半圆形电极板与第半圆形二电极板错开，此时电容值减小，倾角β可由实时的电容值与基准值的比值计算得到。摆动方向检测装置为挡光检测装置或者
接近开关，若检测到第二片极板挡光或接近则检测车辆所在处倾角为负数，反之为正倾角。被检测面水平时，第一半圆形电极板为遮住挡光检测装置，而一旦被检测面非水平，第二半圆形电极板移动后会挡住挡光检测装置，如此可以识别出自由下垂摆杆的摆动方向。
[0073] 方式二、在检测车辆上悬挂一自由下垂摆杆，以旋转式可调电阻的转轴作为自由下垂摆杆的转轴，可调电阻基体固定在车辆在，自由下垂摆杆摆动时通过转动轴带动可调端调节可调电阻的大小。倾角β由可调电阻的大小得到：如将检测车辆在水平行使时，此时的电阻值为基准值，检测车辆在非水平行使时，可调端调节的电阻值将变化，倾角β可由实时的电阻值与基准值的比值计算得到。
[0074] 方式三、在检测车辆上悬挂一自由下垂摆杆，自由下垂摆杆上装有角度传感器，倾角β由角度传感器测量得到。
[0075] 参考图6，其为图2中所示实施例的
变形实施例，区别点仅在于：还包括测量组建容纳箱，测量组建容纳箱固定在车内，自由下垂摆杆2的上端可转动地固定在测量组建容纳箱的上面板上，线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”固定在测量组建容纳箱的下面板上。
[0076] 参考图7，本实施例的平整度测量装置安装在检测车辆上，包含均匀向车底方向照射的均匀面光源2’，均匀面光源2’的光线垂直于检测车辆的底盘，均匀面光2’优选为通过一组连续布置的激光灯/
LED灯实现。在均匀面光2’处悬挂有一非透明的自由下垂摆杆2，自由下垂摆杆2下安装有一线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”，线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”平行于车辆底盘进行设置，在本实施例中，自由下垂摆杆2的上端以及均匀水平光源均固定在检测车辆的车顶上，线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”固定在检测车辆的底部，其中自由下垂摆杆2的上端为可转动的固定在车顶上。同时参考图4，本实施例的电路示意图与图3中示意图一致，平整度测量装置还包括电子组件3以及用于检测所述检测车辆移动距离的位移测量装置，电子组件3包括主控芯片、调理电路以及模数转换电路、以及用于检测所述检测车辆移动距离的位移测量装置，线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”依次电性连接调理电路以及模数转换电路主控芯片，主控芯片还电性连接所述位移测量装置，在本实施例中主控芯片为单片机。同时本实施例也采用上述方式(1)中的方式先测量第i个预设时长τ内车轮转动角度θi，然后通过公式si＝rθi计算得出si，车轮转动角度θi通过角度传感器进行测量，图4中所示出的两个调理电路在本实施例中均包括依次包括第一滤波电路、放大电路、第二滤波电路，第一滤波电路连接线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”/角度传感器，第二滤波电路连接AD转换电路。优选地，在本实施例中，平整度测量装置一显示装置，显示装置连接所述主控芯片以显示主控芯片计算出的平整度。检测车辆具有电机驱动器4，电机驱动器依次电性连接滤波电路、数模转换电路以及所述主控芯片，以接受主控芯片的控制来控制检测车辆的行使状态。
[0077] 参考图8，倾角β由下述公式计算得到：
[0078] β＝arcsin(a/L)；
[0079] 式中，a为线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”检测到的被挡光部分的长度，该长度由线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”测量得到，并经过调理电路和AD采样电路被主控芯片得到。L为自由下垂摆杆2的长度，其为预设值。
[0080] 参考图9，其为图7中所示实施例的变形实施例，区别点仅在于：平整度测量装置还包括测量组建容纳箱，测量组建容纳箱固定在车内，自由下垂摆杆2的上端以及均匀水平光源均固定在测量组建容纳箱的上面板上，线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”固定在测量组建容纳箱的下面板上，其中自由下垂摆杆2的上端为可转动的固定在上面板上。
[0081] 参考图10，本实施例的平整度测量装置安装在检测车辆上，在检测车辆上固定有以一激光器2’以及与激光器2’处于同一高度的线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”，在激光器2’与线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”之间的下方固定具有一横截面面积恒定的密闭容器2，密闭容器2的顶面透明平整，密闭容器2内具有可反光液体，本实施例中该科反光液体为水银，水银不灌满该密闭容器2，激光器2’的噶束照射在密闭容器2中的可反光液体的中间位置上，并在中间位置上反射至线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”，在本实施例中，激光器2’以及线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”均固定在检测车辆的车顶上，密闭容器2固定在测量组建容纳箱的车辆的底部。同时参考图4，本实施例的电路示意图与图4中示意图一致，平整度测量装置还包括电子组件3以及用于检测所述检测车辆移动距离的位移测量装置，电子组件3包括主控芯片、调理电路以及模数转换电路、以及用于检测所述检测车辆移动距离的位移测量装置，线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”依次电性连接调理电路以及模数转换电路主控芯片，主控芯片还电性连接所述位移测量装置，在本实施例中主控芯片为单片机。同时本实施例也采用上述方式(1)中的方式先测量第i个预设时长τ内车轮转动角度θi，然后通过公式si＝rθi计算得出si，车轮转动角度θi通过角度传感器进行测量，图4中所示出的两个调理电路在本实施例中均包括依次包括第一滤波电路、放大电路、第二滤波电路，第一滤波电路连接线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”/角度传感器，第二滤波电路连接AD转换电路。优选地，在本实施例中，平整度测量装置一显示装置，显示装置连接所述主控芯片以显示主控芯片计算出的平整度。本实施中采用人工控制检测车辆进行运动的模式，在其他实施中也可以采用前述各个实施例的方式由检测车辆自动进行运行的模式。
[0082] 参考图11，任意时刻检测车辆与水平面的倾角β通过下述方式得到：
[0083]
[0084] 式中，θ为预设值，代表激光器的发射光线与车顶之间的夹角，γ＝arctan(h/l)，h是可反光液体的液面距离小车上车顶的垂直距离，可以通过预设的方式进行设置，l由线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器测量出，代表反射光线偏离基准点的距离，该长度l由线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”测量得到，并经过调理电路和AD采样电路被主控芯片得到。其中反射光线在线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器上的光点位于基准点时表示β＝0。
[0085] 参考图12为图10所示实施例的变形实施例，区别点仅在于：还包括测量组建容纳箱，测量组建容纳箱固定在车内，激光器2’以及线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”固定在测量组建容纳箱的上面板上，线阵CCD/面阵CCD/PSD光电位置传感器2”固定在测量组建容纳箱的下面板上，密闭容器2固定在测量组建容纳箱的下面板上。
[0086] 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和
权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
