CN102011361B - 车载式激光平整度仪的性能计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了车载式激光平整度仪的性能计量方法，包括步骤101，建立室内地面；步骤102，在室内地面建立室内静态检测模块，测量并采集静态测量数据，得到静态测量误差；步骤103，选择室外测量道路；步骤104，在室外测量道路上建立室外动态平整度模型，测量并采集动态测量数据，得到动态测量误差；步骤105，根据静态测量误差和动态测量误差评定车载式激光平整度仪的性能等级。本发明的车载式激光平整度仪的性能计量方法，能够科学、合理、准确地对各种车载式激光平整度仪的性能进行计量、检测评价，并且便于实施、利于推广，从而降低计量成本。

Description

车载式激光平整度仪的性能计量方法

技术领域

本发明涉及一种性能计量方法，特别涉及一种车载式激光平整度仪的性能计量方法。 

背景技术

公路是重要的交通运输基础设施，是国民经济发展的“动脉”之一，长期以来，特别是改革开放的二十多年，公路运输为国民经济的持续、稳定、健康发展做出了重要的贡献。随着我国经济的持续发展，客货运输流量急剧扩大，要求继续扩大道路工程建设规模。交通领域的道路工程建设的任务和目标是：加快建设高速公路和国省干线(“五纵七横”、“7918”工程，大力发展农村公路，推进我国交通运输现代化。到2008年底，高速公路通车里程已超过6万公里，跃居世界第二位，在短短20年的时间走过了发达国家半个世纪的发展历程；与此同时，“十一五”农村公路建设“千亿元工程”和“通达工程”也在大力实施和推进，农村公路建设规模将达81万km。要在如此短的时间内建成如此多的公路里程数，其工程建设质量如何鉴定？如何保证工程质量？如何动态监测运营过程中的道路技术状况？只有通过对道路工程的各项质量或技术指标进行检测，对检测的数据进行分析和处理，对质量或技术指标作出评定，才能及时发现建设中、运营中道路工程质量或技术状况存在的问题，并及时进行处理。 

庞大的公路建设规模急剧增加了对工程建设质量和运营道路技术状况监督检测的需求量，也同时拉动了各道路工程指标检测仪器研制开发及销售的市场需求。而安全、便捷、舒适、环保、节能的道路建设和运营发展方向对道路工程检测工作提出了更高的专业计量标准，重大工程事故处理也对道路建设和运营的专业计量检测提出了新的要求。目前国内在道路工程检测领域， 可以对同一指标进行检测的仪器有多种，每种仪器的厂商也有多家。 

在实践工作中，很多交通行业的专业检测仪器设备同时被施工单位、监理单位、检测单位和生产单位使用，如仪器本身计量性能满足不了要求，就无法保证各家检测结果计量单位的统一性和量值的准确可靠性。因此使得各单位的检测结果没有可比性，无法真实反映工程质量指标和技术状况的合格程度、质量缺陷。这将会给公路工程的施工质量、交通运输管理水平和公路交通安全等留下诸多隐患，甚至带来灾难性的后果，使国家利益和人民生命财产受到威胁和损害，从而背离我国构建社会主义和谐社会和交通行业“以人为本”理念的基本要求。据初步估算，至2020年仅我国高速公路网建设的累计投资规模就将超过3.5万亿元人民币，再加上数百万公里的普通公路网和城市道路，其所形成的国家资产规模将是一个惊人的数字，而保证如此巨大规模国家投入的工程建设质量和良好运行必须以各类专业的试验检测仪器和设备作为严格的控制手段。 

因此如何科学、准确、合理地评价交通行业内使用的检测仪器的计量性能已成为交通行业迫切需要解决的问题。 

路面平整度可定义为路面表面诱使行驶车辆出现振动的高程变化。路面平整性是道路使用者直接感触的路面使用性能指标之一，因其影响道路使用者的乘坐舒适性、安全性以及运输安全性，使得该指标在公路技术状况评价中占有重要地位。目前国内工程使用的检测路面平整度的仪器厂商主要有北京路兴技术有限公司、上海卓致力天仪器设备有限公司、中科盈恒科技有限公司、北京星通联华科技发展有限公司、上海普勒斯道路交通技术有限公司、南京比奇科技有限公司、武汉武大卓越科技有限责任公司、中公高科(北京)养护科技有限公司等众多公司，相应的其生产的平整度检测仪器设备为：多功能激光路面测试仪、ROMDAS激光路面纵断面平整度/纹理测试仪、13激光多功能测试仪、激光平整度仪、路面平整度自动测定仪、JG-1激光路面三维智能检测系统、ZOYON-RTM车载智能路面检测系统平整度检测系统、多功能路况快速检测装备平整度检测系统等，采用的均是激光技术。绝大多数 厂家采用的是双激光传感器的测距式激光平整度仪，检测左右轮迹处平整度；少数厂家采用的是单激光传感器的测距式激光平整度仪，检测右轮迹处平整度。 

目前，全国在用的各类型平整度仪有80～100台套，由于缺乏技术，这些设备的检定或者校准工作基本空白，各参与检测的平整度仪的计量性能并没有得到科学、合理、准确地评价，已经严重影响了检测数据的质量，不利于检测工作的开展，不利于对所检测的工程质量作出评定。 

发明内容

本发明提供了一种车载式激光平整度仪的性能计量方法，能够科学、合理、准确地对各种车载式激光平整度仪的性能进行计量、检测，并且便于实施、利于推广，从而降低计量成本。 

本发明的解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种车载式平整度仪的性能计量方法，包括 

步骤101，建立室内地面，该室内地面的平整度低于2.5mm/m； 

步骤102，在室内地面建立室内静态检测模块，将车载式激光平整度仪安装至测试车辆，使用车载式激光平整度仪对室内静态检测模块进行高度测量并采集静态测量数据，将静态测量数据与室内静态检测模块的高度真值进行比较，得到静态测量误差； 

步骤103，选择室外测量道路； 

步骤104，在室外测量道路上建立室外动态平整度模型，测试车辆行进并使用车载式激光平整度仪对室外动态平整度模型进行平整度测量并采集动态测量数据，将动态测量数据与室外动态平整度模型的平整度真值进行比较，得到动态测量误差； 

步骤105，根据静态测量误差和动态测量误差评定车载式激光平整度仪的性能等级。 

本发明的车载式激光平整度仪的性能计量方法，分别通过在室内和室外 建立静态和动态平整度模型，并使用待检测车载式激光平整度仪对该静态和动态平整度模型进行平整度测量，根据测量数据和平整度模型的真值进行比较，可分别从测量重复性、测量误差、消除自身振动性能等多个角度评价该车载式激光平整度仪的测量性能，并评定该车载式激光平整度仪的测量性能计量等级。 

本发明的车载式激光平整度仪的性能计量方法，分别从静态和动态两方面评价该车载式激光平整度仪的测量性能，测量参数全面、合理，路面平整度模型良好地模拟了真实的路面平整度情况，能够真实反映车载式激光平整度仪的性能。另外，本发明的车载式激光平整度仪的性能计量方法提供了两套不同条件的性能计量方法，使用户能够根据应用情况和测试条件自行选择，便于实施、利于推广，从而降低计量成本。 

附图说明

图1是本发明的车载式激光平整度仪的性能计量方法的流程示意图； 

图2是实施例一中室外动态平整度模型的分布示意图； 

图3a和图3b是实施例二中消除自身振动影响检测过程的结构示意图。 

具体实施方式

本发明提供了一种车载式激光平整度仪的性能计量方法，能够科学、合理、准确地对各种车载式激光平整度仪的性能进行计量、检测，并且便于实施、利于推广，从而降低计量成本。 

实施例一 

图1为本发明的车载式激光平整度仪的性能计量方法的流程示意图。如图1所示，本发明的车载式结构平整度仪的性能计量方法，包括 

步骤101，建立室内地面，该室内地面的平整度低于2.5mm/m； 

步骤102，在室内地面建立室内静态检测模块，将车载式激光平整度仪安装至测试车辆，使用车载式激光平整度仪对室内静态检测模块进行高度测量并采 集静态测量数据，将静态测量数据与室内静态检测模块的高度真值进行比较，得到静态测量误差； 

步骤103，选择室外测量道路； 

步骤104，在室外测量道路上建立室外动态平整度模型，测试车辆行进并使用车载式激光平整度仪对室外动态平整度模型进行平整度测量并采集动态测量数据，将动态测量数据与室外动态平整度模型的平整度真值进行比较，得到动态测量误差； 

步骤105，根据静态测量误差和动态测量误差评定车载式激光平整度仪的性能等级。 

其中，步骤102包括： 

步骤102a，将一尺寸为400cm×10cm×3cm的金属板条放置于车载式激光平整度仪的激光传感器正下方并调平，使用车载式激光平整度仪测量激光传感器与金属板条之间的距离，进行平整度仪激光测距检查。 

其中，金属板条可在其正反面的中心位置均具有沿长轴方向的长度刻度，长度标记的最小刻度为0.5mm，最长刻度标记为400cm。该金属板条可通过设置在其下方的三个脚螺旋来调节其水平度。 

将该金属板条放置于车载式平整度仪的激光传感器正下方并调平、在开启激光平整度仪后，激光传感器的激光点会投射至金属板条表面。调整金属板条的位置，使激光点投射至金属板条的长度刻度线上。 

目前所使用的车载式激光平整度仪通常包括两种，一种具有单激光传感器，检测右轮迹处平整度；一种具有双激光传感器，检测左右轮迹处平整度。若待检测的车载式激光平整度仪具有双激光传感器时，可通过金属板条的长度刻度线读取位于两激光传感器的激光测点之间的长度间距，其中，该间距应大于等于1.5m。 

步骤102b，将一量块放置在激光传感器正下方的金属板条表面，使用车载式激光平整度仪测量量块的高度，得到该量块的高度的静态测量数据，将静态测量数据与该量块高度的真值进行比较，得到静态测量误差。 

以金属板条表面为基准水平面、即高度零值，通过测量激光传感器与金属板条、以及量块上表面之间的高程差即可得到量块的高度。依次在金属板条表面放置1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、7mm、10mm、20mm、40mm、80mm、100mm的量块，依次检测并输出各量块的测试值及测试误差。 

每次将一种高度的量块放置于激光传感器的正下方，使用该激光传感器测量该量块的高度并采集数据，测量高度和量块标称高度之间的差值即为该激光传感器的测量误差，使用该激光传感器测量所有高度的量块并计算其测量误差，取最大测量误差为该车载式平整度仪的激光传感器静态测量误差。 

若该车载式激光平整度仪具有两个激光传感器，则对另一个激光传感器进行相同的检测步骤，得出不同量块高度下激光传感器的静态测量误差。两个激光传感器的静态测量误差中的最大值即为该车载式平整度仪的激光传感器静态测量误差。 

根据车载式激光平整度仪的激光传感器静态测量误差范围可划分车载式激光平整度仪的静态测量性能，例如，当误差范围在±0.5mm时，可将该车载式激光平整度仪划分为I级测量水平，当误差范围在±0.5mm至±1.0mm之间时，可将该车载式激光平整度仪划分为II级测量水平，而当误差范围＞±1.0mm时，则该车载式激光平整度仪不符合测量精度水平，不推荐使用。 

对于双激光传感器的车载式激光平整度仪，两个激光传感器之间的间距应大于等于1.5m，若该间距小于1.5m，则不符合测量要求，不推荐使用。 

以上是在室内进行的对车载式平整度仪的静态计量性能的评估，静态检测评价指标主要包括激光传感器的测量误差和双激光传感器的激光传感器间距。 

在进行室内静态测量后，需要将车载式平整度仪装载在行驶的测试车辆上，从而对其动态测量性能进行评估。 

用于室外动态测量的室外测量道路应选择纵坡度低于1.5％，车辙深度值低于10mm，平整度低于2.0mm/m，长度长于700m的直线路段。要求该直线路段无交叉路口，周围没有大型振动厂房或设备，可以全面封闭车道用于测试 

其中，步骤104包括： 

步骤104a，在距离车辆行进起点至少200m的位置开始设置一组室外动态平整度模型，每组室外动态平整度模型由多个沿室外测量道路延伸方向、等间距设置的第一模块组成。 

图2是实施例一中室外动态平整度模型的分布示意图。如图2所示，在选择的室外测量道路上划定测量起始点202和终点标记203，其中，测量起始点202距离车辆行进起点200m以上。测试车辆自行进起点开始沿室外测量道路延伸方向加速行驶，其驶至测量起始点202时，速度应达到60km/h。 

自测量起始点202开始，沿道路延伸方向每间隔一间距设置一个第一模块201。该间距和第一模块201的数量根据每组室外动态平整度模型的平整度水平而确定。表1中示出了不同平整度水平下第一模块的数量和位置间隔。其中，第一模块的桩号表示的是该第一模块与车辆行驶起点之间的距离，单位为m。 

表1不同平整度水平下第一模块设置位置表 

其中，每个第一模块201为长方体，其长度为500mm±5mm，宽度为250mm±2mm，厚度为20mm±0.3mm。通过改变第一模块201的数量和间距可改变该段路面的平整度水平。 

由于测量过程中，测量车辆是以一定的速度经过各个平整度模型，因此，每个第一模块201均处于两车轮之间、位于激光传感器的正下方，这样能够避免车轮碾压第一模块201而影响测量的准确性。 

步骤104b，使用水准仪测量室外动态平整度模型的高程数据，测试道路每隔25cm采样一个点、每个第一模块在其几何形心采样一个点，计算该室外动态平整度模型的平整度真值； 

以符合DSZ05级的精密水准仪测量步骤104a中设置的各第一模块的高程数据，测试道路每隔25cm采样一个点、每个第一模块201在其几何形心采样一个点，根据该高程数据计算该室外动态平整度模型的平整度水平，作为平整度真值。 

步骤104c，车辆沿室外测量道路延伸方向行进，使用车载式激光平整度仪重复测量该组室外动态平整度模型10次、并计算室外动态平整度模型的平整度。 

启动测量车辆，该测量车辆携带车载式激光平整度仪以60km/h±5km/h的速度通过测量区域，测量并计算该组室外动态平整度模型的平整度水平。然后返回至测量起始点重新测量并计算该组室外动态平整度模型的平整度水平，反复10次。 

步骤104d，根据室外动态平整度模型的平整度真值和测量所得平整度，计算车载式激光平整度仪的动态测量误差。 

根据步骤104c所得到的数据，可以检测车载式平整度仪的平整度测量重复性和平整度测量误差。 

其中，计算时速60km/h的条件下，各个平整度水平测量结果的变异系数C_v，计算公式如下： 

$S=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2}{n-1}}---\left(1\right)$

$C_v=\frac{S}{\stackrel{\‾}{x}}\×100\%---\left(2\right)$

该公式(1)和(2)中：S为重复性标准差，Xi为各平整度的第i次测量结果，为各平整度水平测量结果的算术平均值。其中，10组数据中变异系数的最大值为车载式激光平整度仪的重复测量变异系数。一般情况下，变异系数C_v应不大于5％。 

计算时速60km/h的条件下，取各平整度模型的10次重复测量结果的平均值经换算参数转换后的平整度测量值(IRI_测)，按照公式(3)计算平整度深度动态测量误差。 

该公式中：IRI_测为测量所得平整度测量值，IRI_标为平整度水平真值，R为平整度测量误差。其中，10组数据中平整度误差的最大值为车载式激光平整度仪的平整度误差。一般情况下，平整度动态测量误差应不大于15％。可根据精密程度为车载式激光平整度仪的动态测量性能划分等级，例如，当动态测量误差＜5％时，可将该车载式激光平整度仪划分为I级测量水平，当动态测量误差在5％至15％之间时，可将该车载式激光平整度仪划分为II级测量水平，而当动态测量误差＞15％时，则该车载式激光平整度仪不符合测量精度水平，不推荐使用。 

步骤104e，通过改变第一模块的数量和间距，改变室外动态平整度模型的平整度水平，重复步骤104b至步骤104d，室外动态平整度模型的平整度水平分别为0～2mm/m，2～3mm/m，3～4mm/m和大于4mm/m四种。 

步骤104f，车辆空载沿室外测量道路延伸方向行进，使用车载式激光平整度仪测量测量行驶距离，根据车辆行驶距离真值和测量行驶距离，计算纵向测距传感器误差； 

步骤104g，增加车辆载客人数，重复步骤104f，载客人数分别为1人、2 人和3人。 

使用全站仪精确确定500米路段的起点和终点，并标画横线。检测车辆空载沿测量道路延伸方向行进，并测量行驶距离。根据测量行驶距离和车辆行驶距离真值(500m)的比较，得出纵向测距传感器误差。并通过增加车辆载客人数来测定在不同车载人数质量下纵向测距传感器误差及最大误差。 

纵向测距传感器误差小于等于0.05％即为合格，若纵向测距传感器误差大于0.05％则为不合格。 

优选地，本实施例的性能计量方法还进一步包括速度影响检测。具体地，步骤104g执行后进一步包括： 

步骤104h，测试车辆以50km/h的速度沿室外测量道路延伸方向行进，使用车载式激光平整度仪重复测量步骤104a中建立的室外动态平整度模型5次、并计算该速度下室外动态平整度模型的平整度的平均值IRI₅₀； 

步骤104i，测试车辆以80km/h的速度沿室外测量道路延伸方向行进，使用车载式激光平整度仪重复测量步骤104a中建立的室外动态平整度模型5次、并计算该速度下室外动态平整度模型的平整度的平均值IRI₈₀； 

步骤104j，根据IRI₅₀和IRI₈₀，计算检测速度影响误差为 

可根据检测速度影响误差为车载式激光平整度仪的动态测量性能划分等级，例如，当检测速度影响误差＜5％时，可将该车载式激光平整度仪划分为I级测量水平，当检测速度影响误差在5％至15％之间时，可将该车载式激光平整度仪划分为II级测量水平，而当检测速度影响误差＞15％时，则该车载式激光平整度仪不符合测量精度水平，不推荐使用。 

以上是在室外进行的对车载式激光平整度仪的动态测量性能的评估，动态检测评价指标主要包括平整度仪测量平整度的动态测量重复性、动态测量误差和检测速度影响误差。 

本实施例的车载式激光平整度仪的性能计量方法，采用少量模块(最多59块)以离散的形式模拟室内静态检测模块和室外动态平整度模型，由于其测量 模块少、测量环境要求低，因此便于实施、利于推广，从而降低计量成本，可在全国大范围内使用，便于在地方用户所在地对其仪器性能进行评估。 

实施例二 

本实施例与实施例一不同的地方在于平整度模型的建立方法，本实施例通过增加模块的数量和检测步骤，能够更加全面、准确地模拟实际的平整度模型，更准确地评估车载式平整度仪的测量性能。 

其中，步骤101中，室内地面的平整度低于2.5mm/m。 

步骤102包括： 

步骤102c，将一尺寸为400cm×10cm×3cm的金属板条放置于车载式激光平整度仪的激光传感器正下方并调平，使用车载式激光平整度仪测量激光传感器与金属板条之间的距离，进行平整度仪激光测距检查。 

步骤102d，通过改变金属板条的高度而改变激光传感器与金属板条之间的距离，执行步骤102c；激光传感器与金属板条之间的距离分别为20cm、25cm、35cm、40cm、45cm、50cm和55cm； 

金属板条可通过设在其下方的3个脚螺旋固定，脚螺旋通过螺纹孔调节高低并固定，调节3个脚螺旋可使金属板条水平并调节其高度。该脚螺旋的高度调整范围在0cm至60cm之间。 

步骤102e，将金属板条调整至一高度且调平，使用车载式激光平整度仪采集平整度仪至金属板条的高度并作为高度零值，将一量块放置在激光传感器正下方的金属板条表面，使用车载式激光平整度仪测量该量块的高度，得到该量块高度的静态测量数据，将静态测量数据与该量块高度的真值进行比较，得到静态测量误差。 

以金属板条表面为基准水平面、即高度零值，依次在金属板条表面放置1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、7mm、10mm、20mm、40mm、80mm、100mm的量块，依次检测并输出各量块的测试值及测试误差。 

每次将一种高度的量块放置于激光传感器的正下方，使用该激光传感器测量该量块的高度并采集数据，测量高度和该量块标称高度之间的差值即为该激光 传感器的测量误差，使用该激光传感器测量所有高度的量块并计算其测量误差，取最大测量误差为该车载式平整度仪的激光传感器静态测量误差。 

若该车载式激光平整度仪具有两个激光传感器，则对另一个激光传感器进行相同的检测步骤，得出不同量块高度下激光传感器的静态测量误差。两个激光传感器的静态测量误差中的最大值即为该车载式平整度仪的激光传感器静态测量误差。 

根据车载式激光平整度仪的激光传感器静态测量误差范围可划分车载式激光平整度仪的静态测量性能，例如，当误差范围在±0.5mm时，可将该车载式激光平整度仪划分为I级测量水平，当误差范围在±0.5mm至±1.0mm之间时，可将该车载式激光平整度仪划分为II级测量水平，而当误差范围＞±1.0mm时，则该车载式激光平整度仪不符合测量精度水平，不推荐使用。 

对于双激光传感器的车载式激光平整度仪，两个激光传感器之间的间距应大于等于1.5m，若该间距小于1.5m，则不符合测量要求，不推荐使用。 

优选地，本实施例的性能计量方法还进一步包括消除自身振动影响检测。具体地，步骤102进一步包括： 

步骤102f，在室内地面固定安装振动台和水平板支架，安装于水平板支架的水平板位于振动台的上方、且平行于振动台的振动台面，将车载式激光平整度仪通过平整度仪安装支架安装于振动台的振动台面，激光平整度仪的激光传感器可垂直入射至水平板表面和振动台面。 

图3a和图3b是消除自身振动影响检测过程的结构示意图。如图3a和图3b所示，在室内地面安装电磁式圆形振动台301，并在振动台面上搭建平整度仪安装架302。要求平整度仪安装架302的高度达到80cm。平整度仪303安装在安装架302上之后，平整度仪303与振动台面301之间的距离可调，并且平整度仪可实现水平调节。要求激光传感器发射激光到振动台面的路径长度可以在10cm～60cm之间调节。 

同时在振动台301附近地面安装一水平板支架304，在水平板支架304上安装水平板305，使得水平板305位于激光平整度仪303的上方，水平板305高度 可调节，水平板支架304与振动台面301的高度差大于0.8m。在平整度仪安装架302上可颠倒放置激光传感器，使得入射激光垂直入射至水平板表面。通过调节平整度仪安装高度或水平板高度，可使得激光到达水平板的激光路径长度在10cm～60cm之间可调节。 

通过调节平整度仪安装架302，可使平整度仪303激光传感器如图3a所示垂直入射至水平板305表面，或者如图3b所示，垂直入射至振动台面301。 

步骤102g，激光平整度仪的激光传感器以一距离垂直入射至振动台面，启动振动台和激光平整度仪，振动台以一频率振动，使用激光平整度仪以该振动频率下的采样时间间隔测量振动台面的动态平整度，共测量五次，与该距离的振动台面的动态平整度真值进行比较，计算测量的相对误差和变异系数。 

在本步骤中，振动台面的动态平整度值通过国际标准IRI程序计算所得，其仅需输入测量所得高程差即可计算出该距离情况下的测量表面平整度值。在本步骤中，振动台面的动态平整度真值根据激光平整度仪与振动台面之间的高程差计算得出。 

该相对误差和变异系数的计算方法与实施例一相同，其性能评价水平也相同。 

当激光平整度仪的激光传感器以一距离垂直入射至振动台面时，由于激光传感器随振动台一起振动，因此，在该情况下，振动台的动态平整度真值为0mm/m。 

当振动台的振幅和振动频率发生变化时，对激光平整度仪的采样时间也会产生影响。因此，在使用激光平整度仪在振动情况下测量时，需要根据振动台的振幅和振动频率调整激光平整度仪的采样时间。通常情况下，激光平整度仪的采样时间应当在10^-7s至1s之间。 

步骤102h，调整激光平整度仪与振动台面之间的距离，执行步骤102h，激光平整度仪与振动台面之间的距离分别为10cm、20cm、25cm、30cm、35cm、40cm、50cm、60cm； 

步骤102i，激光平整度仪的激光传感器以一距离垂直入射至水平板表面，启动振动台和激光平整度仪，振动台以一频率振动，使用激光平整度仪以该振 动频率下的采样时间间隔测量该水平板的动态平整度，共测量五次，与该水平板的动态平整度真值进行比较，计算测量的相对误差和变异系数，其中，水平板的动态平整度真值根据激光平整度仪与水平板表面之间的高程差计算。 

本发明中所记载的平整度值均为通过国际标准IRI程序计算所得，其仅需输入测量所得高程差即可计算出该距离情况下的测量表面平整度值。在本步骤中，水平板的动态平整度真值根据激光平整度仪与水平板表面之间的高程差计算得出。 

步骤102j，调整激光平整度仪与水平板表面之间的距离，执行步骤102i，激光平整度仪与水平板表面之间的距离分别为10cm、20cm、25cm、30cm、35cm、40cm、50cm、60cm； 

步骤102k，调整振动台振动频率，执行步骤102g至102j，振动台的振动频率分别为200Hz、400Hz、800Hz； 

步骤102l，调整振动台振幅，执行步骤102k，振动台的振幅分别为1cm、3cm、5cm。 

通过分别调整振动频率、振幅和测量距离，能够较全面地模拟车辆行进所带来的振动情况，从而准确地测量激光平整度仪消除非路面高程变化所引起的振动的性能。 

在进行室内静态测量后，需要将车载式平整度仪装载在行驶的测试车辆上，从而对其动态测量性能进行评估。 

用于室外动态测量的室外测量道路应选择纵坡度低于1.5％，车辙深度值低于10mm，平整度低于2.0mm/m，长度长于800m的直线路段。要求该直线路段无交叉路口，周围没有大型振动厂房或设备，可以全面封闭车道用于测试。 

室外动态测量的步骤104包括： 

步骤104h，在距离车辆行进起点至少200m的位置开始设置一组室外动态平整度模型，每组室外动态平整度由多个沿室外测量道路延伸方向、等间距设置的第二模块组成。 

每个第二模块为长方体，其长度为400mm±5mm，宽度为200mm±2mm，厚度为30mm±0.3mm。 

每两个相邻第二模块之间的间距为25cm，第二模块的数量为1200个。因此，室外动态平整度模型所铺设的长度为300m。 

步骤104i，使用水准仪测量室外动态平整度模型的高程数据，测试道路每隔25cm采样一个点、每个第二模块在其几何形心采样一个点，计算该室外动态平整度模型的平整度真值。 

使用水准仪或激光扫描仪测量室外动态平整度模型的高程数据时，测试道路每隔25cm采样一个点、每个第二模块组成采样一个点，从而根据路面和模块的高程数据计算该室外动态平整度模型的平整度真值。 

激光扫描仪的采集速度高于水准仪，可根据测试条件和经济条件选择使用水准仪或是激光扫描仪。 

步骤104j，车辆沿室外测量道路延伸方向行进，使用车载式激光平整度仪重复测量该组室外动态平整度模型3次、并计算室外动态平整度模型的平整度。 

步骤104k，根据室外动态平整度模型的平整度真值和测量所得平整度，计算车载式激光平整度仪的动态测量误差。 

步骤104l，通过改变第二模块的高度，改变室外动态平整度模型的平整度水平，重复步骤104i至步骤104k，室外动态平整度模型的平整度水平分别为0.5mm/m、1.0mm/m、1.5mm/m、2.0mm/m、2.5mm/m、3.0mm/m、4.0mm/m、6.0mm/m、8.0mm/m、10.0mm/m。 

本实施例的室外动态平整度模型采用相对固定的第二模块的数量和间距，通过第二模块的高度来改变室外动态平整度模型的平整度水平。用于组成室外动态平整度模型的第二模块的数量较多、间距较短，因此与实施例一相比，相当于将离散的平整度模型变为连续变化的平整度模型，能够更加准确、真实地模拟实际路面的情况。 

优选地，以每米为单位，每米的起点位置的第二模块编号为1，第25cm位置的第二模块编号为2，第50cm位置的第二模块编号为3，第75cm位置的第二模块编号为4 

第二模块通过3个脚螺旋固定及水平状态调节，3个脚螺旋置于不锈钢底座上。 

每个编号相同的第二模块在底座上联结在一块并可通过调节装置调节其高度，该调节装置装在两端部的第二模块处。 

通过该调节装置分别变换1、2、3、4号第二模块的高度，使室外动态平整度模型的平整度值分别达到0.5、1、1.5、2、2.5、3、4、6、8、10。 

步骤104m，车辆空载沿室外测量道路延伸方向行进，使用车载式激光平整度仪测量行驶距离，根据车辆行驶距离真值和行驶距离测量值，计算纵向测距传感器误差； 

步骤104n，增加车辆载客人数，重复步骤104m，载客人数分别为1人、2人和3人。 

使用全站仪精确确定500米路段的起点和终点，并标画横线。检测车辆空载沿测量道路延伸方向行进，并测量行驶距离。根据测量行驶距离和车辆行驶距离真值(500m)的比较，得出纵向测距传感器误差。并通过增加车辆载客人数来测定在不同车载人数质量下纵向测距传感器误差及最大误差。 

纵向测距传感器误差小于等于0.05％即为合格，若纵向测距传感器误差大于0.05％则为不合格。 

以上是在室外进行的对车载式激光平整度仪的动态测量性能的评估，动态检测评价指标主要包括不同车载人数质量下纵向测距传感器最大相对误差、变异系数；消除振动平整度检测最大相对误差、最大变异系数；消除振动平整度检测相对误差、变异系数代表值；平整度动态检测最大相对误差、最大变异系数；平整度动态检测相对误差、变异系数代表值。 

本实施例对测量参数的采集和测量数据的处理过程均相同，其区别在于室外和室内的平整度模型的建立方式不同和增加了关于消除振动性能检测。通过增加模块的数量，将实施例一中离散方式的平整度模型改变为高度相对连续变化的平整度模型，从而能够更加准确地模拟实际的平整度模型，且在车载式平整度仪计算平整度时需要采集的数据更多，则本方法对车载式平整度仪的评价侧重点不仅仅在于对平整度值的计算、而更偏重于对真实数据的采集准确度，因此本实施例的性能计量方法能够更准确地评估车载式平整度仪的测量性能。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。 

Claims (16)

1.一种车载式激光平整度仪的性能计量方法，包括

步骤101，建立室内地面，该室内地面的平整度低于2.5mm/m；

步骤102，在室内地面建立室内静态检测模块，将车载式激光平整度仪安装至测试车辆，使用车载式激光平整度仪对室内静态检测模块进行高度测量并采集静态测量数据，将静态测量数据与室内静态检测模块的高度真值进行比较，得到静态测量误差；

步骤103，选择室外测量道路；

步骤104，在室外测量道路上建立室外动态平整度模型，测试车辆行进并使用车载式激光平整度仪对室外动态平整度模型进行平整度测量并采集动态测量数据，将动态测量数据与室外动态平整度模型的平整度真值进行比较，得到动态测量误差；

步骤105，根据静态测量误差和动态测量误差评定车载式激光平整度仪的性能等级。

2.根据权利要求1所述的性能计量方法，其特征在于，步骤102包括：

步骤102a，将一尺寸为400cm×10cm×3cm的金属板条放置于车载式激光平整度仪的激光传感器正下方并调平，使用车载式激光平整度仪测量激光传感器与金属板条之间的距离，进行平整度仪激光测距检查；

步骤102b，将一量块放置在激光传感器正下方的金属板条表面，使用车载式激光平整度仪测量量块的高度，得到该量块高度的静态测量数据，将静态测量数据与该量块高度的真值进行比较，得到静态测量误差。

3.根据权利要求2所述的性能计量方法，其特征在于，所述量块包括高度为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、7mm、10mm、20mm、40mm、80mm和100mm的量块。

4.根据权利要求2所述的性能计量方法，其特征在于，所述车载式激光平整度仪具有两个激光传感器，步骤102a进一步包括：

所述金属板条表面具有长度刻线，根据激光传感器在金属板条表面的投射点读取两个激光传感器之间的间距，该间距应大于等于1.5m。

5.根据权利要求3或4所述的性能计量方法，其特征在于，所述室外测量道路为纵坡度低于1.5％，车辙值低于10mm，平整度低于2.0mm/m，长度长于700m的直线路段。

6.根据权利要求5所述的性能计量方法，其特征在于，步骤104包括：

步骤104a，在距离车辆行进起点至少200m的位置开始设置一组室外动态平整度模型，每组室外动态平整度模型由多个沿室外测量道路延伸方向、等间距设置的第一模块组成；

步骤104b，使用水准仪测量室外动态平整度模型的高程数据，测试道路每隔25cm采样一个点、每个第一模块在其几何形心采样一个点，计算该室外动态平整度模型的平整度真值；

步骤104c，车辆沿室外测量道路延伸方向行进，使用车载式激光平整度仪重复测量该组室外动态平整度模型10次、并计算该组室外动态平整度模型的平整度值；

步骤104d，根据室外动态平整度模型的平整度真值和测量所得平整度值，计算车载式激光平整度仪的动态测量误差；

步骤104e，通过改变第一模块的数量和间距，改变室外动态平整度模型的平整度水平，重复步骤104b至步骤104d，室外动态平整度模型的平整度水平分别为0～2mm/m，2～3mm/m，3～4mm/m和大于4mm/m四种；

步骤104f，车辆空载沿室外测量道路延伸方向行进，使用车载式激光平整度仪测量测量行驶距离，根据车辆行驶距离真值和测量行驶距离，计算纵向测距传感器误差；

步骤104g，增加车辆载客人数，重复步骤104f，载客人数分别为1人、2人和3人。

7.根据权利要求6所述的性能计量方法，其特征在于，

每个第一模块为长方体，其长度为500mm±5mm，宽度为250mm±2mm，厚度为20mm±0.3mm；

车辆行进速度为60km/h±5km/h；

车辆行驶距离为700m。

8.根据权利要求7所述的性能计量方法，其特征在于，步骤104g后进一步包括：

步骤104h，测试车辆以50km/h的速度沿室外测量道路延伸方向行进，使用车载式激光平整度仪重复测量步骤104a中建立的室外动态平整度模型5次、并计算该速度下室外动态平整度模型的平整度的平均值IRI₅₀；

步骤104i，测试车辆以80km/h的速度沿室外测量道路延伸方向行进，使用车载式激光平整度仪重复测量步骤104a中建立的室外动态平整度模型5次、并计算该速度下室外动态平整度模型的平整度的平均值IRI₈₀；

步骤104j，根据IRI₅₀和IRI₈₀，计算检测速度影响误差为

9.根据权利要求1所述的性能计量方法，其特征在于，步骤102包括：

步骤102c，将一尺寸为400cm×10cm×3cm的金属板条放置于车载式激光平整度仪的激光传感器正下方并调平，使用车载式激光平整度仪测量激光传感器与金属板条之间的距离，进行平整度仪激光测距检查；

步骤102d，通过改变金属板条的高度而改变激光传感器与金属板条之间的距离，执行步骤102c；激光传感器与金属板条之间的距离分别为20cm、25cm、35cm、40cm、45cm、50cm和55cm；

步骤102e，将金属板条调整至一高度且调平，作为高度零值，将一量块放置在激光传感器正下方的金属板条表面，使用车载式激光平整度仪测量激光传感器测量该量块的高度，得到该量块高度的静态测量数据，将静态测量数据与该量块高度的真值进行比较，得到静态测量误差。

10.根据权利要求9所述的性能计量方法，其特征在于，所述量块包括高度为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、7mm、10mm、20mm、40mm、80mm和100mm的量块。

11.根据权利要求9所述的性能计量方法，其特征在于，所述车载式激光平整度仪具有两个激光传感器，步骤102c进一步包括：

所述金属板条表面具有长度刻线，根据激光传感器在金属板条表面的投射点读取两个激光传感器之间的间距，该间距应大于等于1.5m。

12.根据权利要求10或11所述的性能计量方法，其特征在于，步骤102进一步包括：

步骤102f，在室内地面固定安装振动台和水平板支架，安装于水平板支架的水平板位于振动台的上方、且平行于振动台的振动台面，将车载式激光平整度仪通过平整度仪安装支架安装于振动台的振动台面，激光平整度仪的激光传感器可垂直入射至水平板表面和振动台面；

步骤102g，激光平整度仪的激光传感器以一距离垂直入射至振动台面，启动振动台和激光平整度仪，振动台以一频率振动，使用激光平整度仪以该振动频率下的采样时间间隔测量振动台面的动态平整度，共测量五次，将测量动态平整度与该距离的振动台面的动态平整度真值进行比较，计算相对误差和变异系数，其中，振动台面的动态平整度真值为零；

步骤102h，调整激光平整度仪与振动台面之间的距离，执行步骤102h，激光平整度仪与振动台面之间的距离分别为10cm、20cm、25cm、30cm、35cm、40cm、50cm、60cm；

步骤102i，激光平整度仪的激光传感器以一距离垂直入射至水平板表面，启动振动台和激光平整度仪，振动台以一频率振动，使用激光平整度仪以该振动频率下的采样时间间隔测量该水平板的动态平整度，共测量五次，与该水平板的动态平整度真值进行比较，计算测量的相对误差和变异系数，其中，该水平板的动态平整度真值根据激光平整度仪与水平板表面之间的高程差计算；

步骤102j，调整激光平整度仪与水平板表面之间的距离，执行步骤102i，激光平整度仪与水平板表面之间的距离分别为10cm、20cm、25cm、30cm、35cm、40cm、50cm、60cm；

步骤102k，调整振动台振动频率，执行步骤102g至102j，振动台的振动频率分别为200Hz、400Hz、800Hz；

步骤102l，调整振动台振幅，执行步骤102k，振动台的振幅分别为1cm、3cm、5cm。

13.根据权利要求12所述的性能计量方法，其特征在于，所述采样时间间隔为10^-7s～1s。

14.根据权利要求12所述的性能计量方法，其特征在于，所述室外测量道路为纵坡度低于1.5％，车辙深度低于10mm，平整度低于2.0mm/m，长度长于800m的直线路段。

15.根据权利要求14所述的性能计量方法，其特征在于，步骤104包括：

步骤104h，在距离车辆行进起点至少200m的位置开始设置一组室外动态平整度模型，每组室外动态平整度由多个沿室外测量道路延伸方向、等间距设置的第二模块组成；

步骤104i，使用水准仪或激光扫描仪测量室外动态平整度模型的高程数据，测试道路每隔25cm采样一个点、每个第二模块在其几何形心采样一个点，计算该室外动态平整度模型的平整度真值；

步骤104j，车辆沿室外测量道路延伸方向行进，使用车载式激光平整度仪重复测量该组室外动态平整度模型的平整度3次、并计算室外动态平整度模型的平整度；

步骤104k，根据室外动态平整度模型的平整度真值和测量所得平整度，计算车载式激光平整度仪的动态测量误差；

步骤104l，通过改变第二模块的高度，改变室外动态平整度模型的平整度水平，重复步骤104i至步骤104k，室外动态平整度模型的平整度水平分别为0.5mm/m、1.0mm/m、1.5mm/m、2.0mm/m、2.5mm/m、3.0mm/m、4.0mm/m、6.0mm/m、8.0mm/m、10.0mm/m；

步骤104m，车辆空载沿室外测量道路延伸方向行进，使用车载式激光平整度仪测量行驶距离，根据车辆行驶距离真值和行驶距离测量值，计算纵向测距传感器误差；

步骤104n，增加车辆载客人数，重复步骤104m，载客人数分别为1人、2人和3人。

16.根据权利要求15所述的性能计量方法，其特征在于，

每个第二模块的长度为400mm±5mm，宽度为200mm±2mm，厚度为30mm±0.3mm；

每两个相邻第二模块之间的间距为25cm，第二模块的数量为1200个；

车辆行进速度为60km/h±5km/h；

车辆行驶距离为600m。

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