CN102565306B - 路面轮迹测量装置和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种路面轮迹测量装置和测量方法，涉及路面轮迹测量技术领域。该测量装置包括压电电缆、滤波器、电压比较器和显示器，其中，压电电缆设置于道路的路面上，滤波器与压电电缆相连，电压比较器与滤波器相连，显示器与电压比较器相连。采用路面轮迹测量装置的测量方法，该测量方法包括将压电电缆设置于道路的路面上，压电电缆根据碾压压电电缆上的车辆车轮产生的冲击作用输出电压信号；滤波器过滤压电电缆输出的电压信号中的谐波；电压比较器将滤波器输出的电压信号转换成脉冲信号；显示器显示脉冲信号。该测量装置和测量方法不需要耗费大量的人力，提高了测量路面轮迹的效率，且不受时间和天气等的影响，即使在夜间仍可测量，不影响测量结果。

Description

路面轮迹测量装置和测量方法

技术领域

本发明涉及路面轮迹测量技术领域，尤其涉及一种路面轮迹测量装置和测量方法。

背景技术

随着我国道路建设和交通运输业的快速发展，对道路的质量要求也越来越高。而路面的破坏情况与使用率呈正相关，路面的使用率越大，对路面的破坏越严重。

但是同一条道路的路面在横向(垂直车辆行驶方向)各个区域的使用率并不相同，且存在有较大差异。大量调查证实，路面的横向各区域的使用情况与轮迹带分布相关，所谓轮迹带指经过路面的车辆车轮作用频率较高的路面区域。

因此，可通过研究轮迹带沿路面横向的分布规律，对路面横向各区域的使用率进行分析，以为道路建设、检测与维修的参考指标。

现有的对轮迹带沿路面横向的分布规律的测量方法中，通常是沿路面横向划分成若干区域，通过摄像机对经过各区域的车辆进行拍摄，然后通过拍摄的影像资料统计车辆车轮对路面横向各区域的碾压次数，以对路面横向各区域的使用率进行分析。

但是，这样测量方法，不仅耗费大量的人力、效率低下，而且易受时间和天气等影响，尤其是夜间测量时十分困难。

发明内容

针对上述现有技术中的缺陷，本发明提供了一种路面轮迹测量装置和测量方法。

本发明提供的路面轮迹测量装置，包括：

用于设置于道路的路面上并根据碾压压电电缆上的车辆车轮产生的冲击作用输出电压信号的压电电缆、用于过滤所述电压信号中的谐波的滤波器、用于将所述滤波器输出的电压信号转换成脉冲信号的电压比较器和用于显示所述脉冲信号的显示器，其中，

所述滤波器与所述压电电缆相连，所述电压比较器与所述滤波器相连，所述显示器与所述电压比较器相连。

本发明还提供了一种采用本发明提供的路面轮迹测量装置的测量方法，该方法包括：

将压电电缆设置于道路的路面上，所述压电电缆根据碾压所述压电电缆上的车辆车轮产生的冲击作用输出电压信号；

滤波器过滤所述压电电缆输出的电压信号中的谐波；

电压比较器将所述滤波器输出的电压信号转换成脉冲信号；

显示器显示所述脉冲信号。

本发明提供的路面轮迹测量装置和测量方法，由于压电电缆设置于道路路面某段上的某个区域，当行驶在路面上的车辆车轮碾压该压电电缆时，压电电缆便输出电压信号，车辆车轮每经过一次即输出一次电压信号，通过对该电压信号的滤波处理后转换成脉冲信号，进而通过显示器显示该脉冲信号，通过观察脉冲信号中脉冲的个数即可获知经过该段路面该区域的车辆车轮碾压的次数，从而可大致分析出路面某段某区域的轮迹特点，本测量装置不需要耗费大量的人力，提高了测量效率，并且不受时间和天气等的影响，即使在夜间仍可测量，不影响测量结果。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的路面轮迹测量装置的方框图；

图2为本发明另一实施例所提供的路面轮迹测量装置的方框图；

图3为本发明又一实施例所提供的路面轮迹测量装置的方框图；

图4为本发明又一实施例所提供的路面轮迹测量装置的方框图；

图5为本发明实施例所提供的路面轮迹测量方法的流程图；

图6为本发明另一实施例所提供的路面轮迹测量方法的流程图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种路面轮迹测量装置，图1为本发明实施例所提供的路面轮迹测量装置的方框图，如图1所示，该测量装置包括压电电缆1、滤波器2、电压比较器3和显示器4。

压电电缆1用于设置于道路的路面上，压电电缆1根据碾压该压电电缆1上的车辆车轮产生的冲击作用输出电压信号。

滤波器2与压电电缆1相连，用于过滤该压电电缆1输出的电压信号中的谐波。

电压比较器3与滤波器2相连，用于将滤波器2输出的电压信号转换成脉冲信号。

显示器4与电压比较器3相连，用于显示该脉冲信号。

压电电缆是将压电聚合体加工成同轴电缆，由金属编织芯线、压电材料、屏蔽线和金属外壳制成，压电材料位于金属编织芯线和屏蔽线之间，将金属编织芯线、压电材料和屏蔽线封装于金属外壳内。

将压电电缆设置于道路的路面上，当行驶于路面上的车辆车轮碾压该压电电缆时，压电电缆因受机械冲击作用产生电荷，从而产生电压信号并输出，该电压信号即代表路面设置有压电电缆的区域有车辆车轮经过，车轮每经过一次即输出一次电压信号。

压电电缆的具体尺寸和所需要的数量可根据实际需要而定，可在一条道路路面的某一段的某一个区域设置一根一定长度的压电电缆，此时，该压电电缆根据碾压其上的车辆车轮的冲击作用输出电压信号，该电压信号即代表路面的该区域有车辆车轮经过。也可在一条道路路面的某一段沿横向设置多根一定长度的压电电缆，例如，可将一条宽8米的道路的路面沿横向分成32个通道，每个通道上设置一压电电缆，压电电缆沿路面横向的宽度可以为25cm，此时，各压电电缆根据碾压其上的车辆车轮的冲击作用分别产生电压信号并输出，各电压信号分别代表路面的对应区域有车辆车轮经过。

可通过多种方式将压电电缆设置于道路的路面上，可将压电电缆直接布设在路面上，再通过连接导线将压电电缆与滤波器相连；也可将压电电缆固定于橡胶板上，然后将该橡胶板铺设于道路的路面上，再通过连接导线将压电电缆与滤波器相连，这样可避免直接将压电电缆设置于道路的路面上对路面造成破坏；也可将压电电缆固定于一塑料或其他材质做成的垫子内部，然后再将垫子铺设在路面上，再通过连接导线将压电电缆与滤波器相连即可。当然，也可采用其他方式将压电电缆设置于道路的路面上，并不限于本实施所述的方式。

由于行驶在路面上的各种车辆的载荷、车速等具有随机性，因此，压电电缆因受到车辆车轮碾压的冲击作用而输出的电压信号中存在各种谐波，因此，需通过滤波器滤除经压电电缆输出的电压信号中的谐波，以得到所需要的电压信号。

可采用各种形式的滤波电路作为滤波器，根据实际需要设置所要滤除频率的谐波即可实现滤波作用。

经过滤波器滤波后输出的电压信号为模拟信号，而电压比较器可该模拟的电压信号转换成脉冲信号后输出并传送的显示器，进而通过显示器显示该脉冲信号。

电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器，可将多种形式的运算放大器作为电压比较器，例如，常见的有型号为LM324、LM358、uA741 TL081\2\3\4、OP07、OP27等，这些都可以做成电压比较器(不加负反馈)。也可采用型号为LM339、LM393等的电压比较器，该电压比较器的切换速度快，延迟时间小。

对于显示器也有多种形式，例如，可以为示波器，通过示波器可显示该脉冲信号的波形，即可观察到该脉冲信号；也可以采用计算机作为显示器，通过计算机接收该脉冲信号，并通过计算机的显示屏幕显示该脉冲信号的波形以便于观察。

该路面轮迹测量装置，由于压电电缆设置于道路路面某段上的某个区域，当行驶在路面上的车辆车轮碾压该压电电缆时，压电电缆便输出电压信号，车辆车轮每经过一次即输出一次电压信号，通过对该电压信号的滤波处理后转换成脉冲信号，进而通过显示器显示该脉冲信号，通过观察脉冲信号中脉冲的个数即可获知经过该段路面该区域的车辆车轮碾压的次数。

可让该测量装置工作一段时间，例如，一天、几天或一个月等，进而通过得到的该段时间内的脉冲信号判断路面该段的对应区域车辆车轮经过的情况，进而可大致分析出路面该段该区域的轮迹特点，该轮迹特点可作为分析路面该段该区域的使用率的参考数据，而路面该段该区域的使用率可作为分析整条道路的路面对应区域使用率的依据，以为道路建设、检测与维修提供重要的参考指标。

该测量装置将压电电缆设置于道路的路面上，再通过设置的过滤波器、电压比较器和显示器最后得到脉冲信号，通过该脉冲信号可大致分析出路面某段某区域的轮迹特点，本测量装置不需要耗费大量的人力，提高了测量效率，并且该测量装置不受时间和天气等的影响，即使在夜间仍可测量，不影响测量装置的测量结果。

图2为本发明另一实施例所提供的路面轮迹测量装置的方框图，如图2所示，在上述实施例的基础上，进一步的，该测量装置中还包括第一放大器5，该第一放大器5串接于压电电缆1与滤波器2之间，用于将压电电缆1输出的电压信号放大第一设定倍数后传送给滤波器2。

由于压电电缆设置于路面上，当压电电缆受到车辆车轮碾压的冲击作用时输出电压信号，而各种车辆的载荷、车速等具有随机性，因此，当某些车辆车轮经过压电电缆时，很可能会输出比较微弱的电压信号，而该微弱的电压信号很可能在传送给滤波器的过程中消失，因此，会影响最后得到的脉冲信号的准确性。

为此，通过第一放大器将压电电缆输出的电压信号进行放大，以增强电压信号的强度，然后再传送给滤波器。

对于第一设定倍数可根据需要设置，与选择的第一放大器的各种参数相关。

图3为本发明又一实施例所提供的路面轮迹测量装置的方框图，如图3所示，该测量装置还可以包括第二放大器6，第二放大器6串接于滤波器2与电压比较器3之间，第二放大器6用于将滤波器2输出的电压信号放大第二设定倍数后传送给电压比较器3。

本实施例中，设置第二放大器的目的是：将滤波器输出的电压信号放大后传送给电压比较器。

由于电压比较器的其中第一输入端与滤波器相连，第二输入端用于连接基准电压源，将两个输入端的电压大小进行比较，当滤波器传送给第一输入端的电压信号代表的电压大小大于基准电压时，电压比较器输出高电平，当滤波器传送给第一输入端的电压信号代表的电压大小小于基准电压时，电压比较器输出低电平，从而将滤波器输出的信号转换成脉冲信号。

压电电缆因受机械冲击作用产生电荷，从而产生电压信号并输出，该电压信号即代表路面设置有压电电缆的区域有车辆车轮经过，车轮每经过一次即输出一次电压信号。

该电压信号经过滤波器后只是滤除了电压信号中的谐波，电压信号的大小并没有发生变化，由于车轮对压电电缆的冲击作用不一样，该电压信号所代表电压的大小也不一样，而经过滤波器输出的电压信号所代表的电压大小很可能小于基准电压，此时，电压比较器会输出低电平，而当压电电缆输出该电压信号时，本应该是通过电压比较器后输出高电平，因此，造成最后输出的脉冲信号存在误差。

为消除这种误差，可将滤波器输出的电压信号进行放大，将该电压信号放大第二设定倍数，经过放大后传送给电压比较器，这样每输出一次电压信号，使通过电压比较器进行比较后经滤波器传送给第一输入端的电压信号代表的电压大小大于基准电压，进而通过电压比较器输出高电平，产生一次脉冲，这样可使脉冲信号中脉冲的个数与压电电缆输出的电压信号相匹配，提高输出脉冲信号的准确性。

第二设定倍数的选择根据经验设定，从而适当的选择第二放大器中的各种参数。

当然，也可以不设置该第二放大器，而通过设定电压比较器中基准电压的大小同样可以达到使脉冲信号中脉冲的个数与压电电缆输出的电压信号相匹配的目的。

如图3所示，该测量装置中进一步的还可以包括脉冲计数器7，该脉冲计数器7串接于电压比较器3和显示器4之间，脉冲计数器7用于计算电压比较器3输出脉冲信号中包含脉冲的个数并传送给显示器4进行显示。

由于通过脉冲的个数可获知经过该段路面该区域的车辆车轮碾压的次数，进而通过得到的该脉冲的个数判断路面该段的对应区域车辆车轮经过的情况，可大致分析出路面该段该区域的轮迹特点，因此，本实施例中，可直接得到脉冲的个数，获得更加直观的数据。

并且，可在该测量装置中设置电压跟随器8，电压跟随器8串接于第二放大器6与电压比较器3之间，用于将第二放大器6与电压比较器3隔离。

电压跟随器的电压放大倍数恒小于且接近1，也就是说，电压跟随器的输出电压与输入电压近似相同，但是电压跟随器具有输入阻抗高，而输出阻抗低的特点。

由于第二放大器的输出阻抗一般比较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级电压比较器的输入阻抗比较小，那么输入给电压比较器的电压信号就会有相当的部分损耗在前级第二放大器的输出电阻中。此时，就需要电压跟随器，对前级的第二放大器呈高阻状态，对后级的电压比较器呈低阻状态，因而可对前后级电路起到隔离作用，使第二放大器与电压比较器之间互不影响，以提高电压比较器输出的脉冲信号的质量。

图4为本发明又一实施例所提供的路面轮迹测量装置的方框图，如图4所示，在上述实施例的基础上，进一步的，该测量装置中的压电电缆1为多个，各压电电缆1可沿路面横向均匀分布设置于道路的路面上。

各压电电缆1分别与一滤波器2相连，且各滤波器2分别与一电压比较器相连3。

本实施例中，设置有多个压电电缆，各压电电缆沿路面横向均匀分布设置于道路的路面上，当行驶在路面上的车辆车轮碾压道路的不同区域时，相应位置的压电电缆便会输出电压信号，进而得到多个脉冲信号，通过各脉冲信号可获知经过该段路面横向各区域的车辆车轮碾压的次数，进而判断路面横向各区域车辆车轮经过的情况，可大致分析出轮迹沿路面横向的分布规律以作为分析路面各区域的使用率的参考数据，以为道路建设、检测与维修提供重要的参考指标。

并且，进一步的，如图4所示，该测量装置中的显示器为上位机10，该测量装置还包括数据采集卡9，数据采集卡9用于采集各电压比较器3输出的各脉冲信号并传输给上位机10，其中，各电压比较器3分别与数据采集卡9的输入端相连，数据采集卡9的输出端与上位机10相连。

数据采集卡是一种基于通用串行总线(Universal Serial Bus，简称，USB)的采集卡，可直接和上位机的USB接口相连，因此，本实施例中，将上位机作为显示器，将各电压比较器输出的各脉冲信号经过输出采集卡后传送给上位机，以通过上位机显示各脉冲信号。

该数据采集卡有多种形式，例如，可以为阿尔泰公司生产的USB2821采集卡，该采集卡包括32路数模信号采集输入端，可对32路脉冲信号进行采集，并传输给上位机。

上位机可采用美国国家仪器(NI)有限公司的Labwindows软件进行开发，实现对数据采集卡的控制，实现对接收到的脉冲信号的读取、存储与显示等功能。

本发明实施例还提供了一种路面轮迹测量方法，该方法为采用本实施例提供的测量装置进行测量的方法，图5为本发明实施例所提供的路面轮迹测量方法的流程图，如图5所示，该方法包括：

步骤100、将压电电缆设置于道路的路面上，压电电缆根据碾压该压电电缆上的车辆车轮产生的冲击作用输出电压信号；

步骤101、滤波器过滤压电电缆输出的电压信号中的谐波；

步骤102、电压比较器将滤波器输出的电压信号转换成脉冲信号；

步骤103、显示器显示该脉冲信号。

该路面轮迹测量方法，压电电缆根据碾压其上的车轮产生的冲击作用输出电压信号，对该电压信号的滤波处理后转换成脉冲信号并进行显示，通过观察脉冲信号中脉冲的个数即可获知经过该段路面该区域的车辆车轮碾压的次数。

可通过该测量方法测量一段时间，例如，一天、几天或一个月等，进而通过得到的该段时间内的脉冲信号判断路面该段的对应区域车辆车轮经过的情况，进而可大致分析出路面该段该区域的轮迹特点，该轮迹特点可作为分析路面该段该区域的使用率的参考数据，而路面该段该区域的使用率可作为分析整条道路的路面对应区域使用率的依据，以为道路建设、检测与维修提供重要的参考指标。

可通过该测量方法输出的脉冲信号大致分析出路面某段某区域的轮迹特点，本测量方法不需要耗费大量的人力，提高了测量效率，并且该测量方法不受时间和天气等的影响，即使在夜间仍可测量，不影响该测量方法的测量结果。

图6为本发明另一实施例所提供的路面轮迹测量方法的流程图，如图6所示，在上述实施例的基础上，进一步的，该测量方法在步骤101所述的滤波器过滤压电电缆输出的电压信号中的谐波之前还包括：

步骤1001、第一放大器将压电电缆输出的电压信号放大第一设定倍数后传送给滤波器。

上述的步骤101具体包括：

步骤1010、滤波器过滤第一放大器放大后的电压信号中的谐波。

本实施例提供的路面轮迹测量方法，可通过放大器将压电电缆输出的电压信号进行放大，以增强电压信号的强度，然后再传送给滤波器，可提高最后得到的脉冲信号的准确性。

并且，如图6所示，该测量方法在步骤102所述的电压比较器将滤波器输出的电压信号转换成脉冲信号之前进一步的还可以包括：

步骤1011、第二放大器将滤波器输出的电压信号放大第二设定倍数后传送给电压比较器。

步骤102具体包括：

步骤1020、电压比较器将第二放大器放大后的电压信号转换成脉冲信号。

并且，在步骤102所述的电压比较器将滤波器输出的电压信号转换成脉冲信号之后还包括：

步骤1021、脉冲计数器计算电压比较器输出脉冲信号中包含脉冲的个数，并将该脉冲的个数传送给显示器进行显示。

本实施例的测量方法，可通过放大器将滤波器输出的电压信号放大第二设定倍数后传送给电压比较器，并且，可通过脉冲计数器或者其他包含相应指令的硬件计算电压比较器输出脉冲信号中包含脉冲的个数并通过显示器进行显示，以直接得到脉冲的个数，获得更加直观的数据。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种路面轮迹测量装置，其特征在于，包括：

用于设置于道路的路面上并根据碾压压电电缆上的车辆车轮产生的冲击作用输出电压信号的压电电缆、用于过滤所述压电电缆输出的电压信号中的谐波的滤波器、用于将所述滤波器输出的电压信号转换成脉冲信号的电压比较器和用于显示所述脉冲信号的显示器，其中，

所述滤波器与所述压电电缆相连，所述电压比较器与所述滤波器相连，所述显示器与所述电压比较器相连。

2.根据权利要求1所述的路面轮迹测量装置，其特征在于：

还包括用于将所述压电电缆输出的电压信号放大第一设定倍数后传送给所述滤波器的第一放大器；

所述第一放大器串接于所述压电电缆与滤波器之间。

3.根据权利要求1或2所述的路面轮迹测量装置，其特征在于：

还包括用于将所述滤波器输出的电压信号放大第二设定倍数后传送给电压比较器的第二放大器；

所述第二放大器串接于所述滤波器与所述电压比较器之间。

4.根据权利要求1或2所述的路面轮迹测量装置，其特征在于：

还包括用于计算所述电压比较器输出脉冲信号中包含脉冲的个数并传送给所述显示器进行显示的脉冲计数器；

所述脉冲计数器串接于所述电压比较器和所述显示器之间。

5.根据权利要求3所述的路面轮迹测量装置，其特征在于：

还包括用于将所述第二放大器与所述电压比较器隔离的电压跟随器；

所述电压跟随器串接于所述第二放大器与所述电压比较器之间。

6.根据权利要求1或2所述的路面轮迹测量装置，其特征在于：还包括用于铺设于道路的路面上的橡胶板，且所述压电电缆固定于所述橡胶板上。

7.根据权利要求1或2所述的路面轮迹测量装置，其特征在于：

所述压电电缆为至少两个，各所述压电电缆分别与一滤波器相连，且各所述滤波器分别与一电压比较器相连。

8.根据权利要求7所述的路面轮迹测量装置，其特征在于：所述显示器为上位机，该测量装置还包括用于采集各所述电压比较器输出的各脉冲信号并传输给所述上位机的数据采集卡，其中，

各电压比较器分别与所述数据采集卡的输入端相连，所述数据采集卡的输出端与所述上位机相连。

9.一种采用权利要求1-8任一项所述的路面轮迹测量装置的测量方法，其特征在于，该测量方法包括：

将压电电缆设置于道路的路面上，所述压电电缆根据碾压所述压电电缆上的车辆车轮产生的冲击作用输出电压信号；

滤波器过滤所述压电电缆输出的电压信号中的谐波；

电压比较器将所述滤波器输出的电压信号转换成脉冲信号；

显示器显示所述脉冲信号。

10.根据权利要求9所述的路面轮迹测量方法，其特征在于，所述滤波器过滤所述压电电缆输出的电压信号中的谐波之前还包括：

第一放大器将所述压电电缆输出的电压信号放大第一设定倍数后传送给滤波器；

所述滤波器过滤所述压电电缆输出的电压信号中的谐波具体包括：

所述滤波器过滤所述第一放大器放大后的电压信号中的谐波。

11.根据权利要求9或10所述的路面轮迹测量方法，其特征在于，所述电压比较器将所述滤波器输出的电压信号转换成脉冲信号之前还包括：

第二放大器将所述滤波器输出的电压信号放大第二设定倍数后传送给电压比较器；

所述电压比较器将所述滤波器输出的电压信号转换成脉冲信号具体包括：

所述电压比较器将所述第二放大器放大后的电压信号转换成脉冲信号。

12.根据权利要求9或10所述的路面轮迹测量方法，其特征在于：所述电压比较器将所述滤波器输出的电压信号转换成脉冲信号之后还包括：

脉冲计数器计算所述电压比较器输出脉冲信号中包含脉冲的个数，并将所述脉冲的个数传送给显示器进行显示。