CN106758714A - 一种多点共梁车辙检测装置的标定方法及横断面确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多点共梁车辙检测装置的标定方法及横断面确定方法，包括：在车辙梁上的m个激光器中，确定每个激光器的安装角度α_i和横向坐标a_i；其中，所述横向坐标a_i为第i个激光器相对基准激光器的横向坐标值，所述基准激光器为位于所述车辙梁的中间位置的激光器，所述i＝1～m；采集每个激光器的激光照射在标定尺或路面上的读数Hi；在所述m个激光器中，选择垂直安装的n个激光器，将n个激光器的读数Hi及其横向坐标a_i，确定车辙梁的横向倾角β₀；采用所述横向倾角β₀标定激光器i的竖向位置参数Bi，i＝1～m。本发明的方法可有效提高横断面的测量精度。

Description

一种多点共梁车辙检测装置的标定方法及横断面确定方法

技术领域

本发明涉及路面测量领域，特别是指一种多点共梁车辙检测装置的标定方法及横断面确定方法。

背景技术

车辙是大交通量高等级公路的主要损坏形式之一，路面形成车辙后不仅会影响路面行驶的舒适性，而且下雨天会在辙槽区域形成积水造成安全隐患。超过一定深度的车辙也是路面结构性损坏的重要标志，因此车辙检测是路况检测的重要内容之一，我国的公路技术状况评定标准要求对所有的二级及以上公路每年都要进行车辙的检测与评价。

多点共梁式车辙检测装置一直以来都是路面车辙的主流检测方式，多点共梁式车辙检测装置以车辙梁为基准，通过测量每个激光器距离地面的距离，可以获得道路横断面曲线，进而计算车辙深度值，如图1和图2所示，图1中包括5个激光器，车辙深度值大小反映了路面车辙的严重程度。

为了获得准确的车辙深度值，包括我国在内的大部分国家都要求车辙检测的横断面测点个数不小于13个点。为了缩短车辙梁的宽度，避免检测车超宽，一般在车辙梁的两侧有2-3个激光器需要倾斜安装，且安装位置与其余垂直安装激光器可能不在同一水平面上，图3为一个典型的13测点的车辙检测装置，标记1～13分别为激光器1～激光器13。

在道路横断面测量时，需要获得每个激光器的安装角度及相对高度，通过几何运算，消除不同激光器因竖向安装位置及角度的差异造成的横断面测量偏差。虽然车辙梁在设计时，每一个激光器都有横向位置、竖向位置和角度的设计值，但是由于存在结构加工误差，以及在使用过程中车辙梁可能发生的结构变化，仍需要定期对车辙梁进行标定，以获得准确的激光器位置参数，进而计算获得准确的道路横断面值。由于激光器的横向位置、竖向位置及安装角度这三个参数中，竖向位置对横断面和车辙深度的测量比较敏感，因此一般都假设横向位置和安装角度为设计值保持不变，而仅对竖向位置进行标定。

现有的车辙标定及横断面计算方法基于的假设是，车辙标定时与实际道路检测时车辙梁相对路面都是水平的。但在实际应用中，由于道路的起伏变化，车辙梁经常会随车辆悬挂系统发生横向的偏转，当偏转角度较大时，就可能带来较大的标定误差，当车辙梁横向偏转角度达到0.5度以上时，可能带来2-3mm的车辙深度测量误差。

发明内容

有鉴于此，本发明在于提供一种多点共梁车辙检测装置的标定方法及横断面确定方法，以解决上述标定误差较大的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种多点共梁车辙检测装置的标定方法，包括：

在车辙梁上的m个激光器中，确定每个激光器的安装角度α_i和横向坐标a_i；其中，所述横向坐标差a_i为第i个激光器相对基准激光器的横向坐标值，所述基准激光器为位于所述车辙梁的中间位置的激光器，所述i＝1～m；

采集每个激光器的激光照射在标定直尺上的读数Hi；

在所述m个激光器中，选择垂直安装的n个激光器，将n个激光器的读数Hi及其横向坐标a_i，确定车辙梁的横向倾角咸；

采用所述横向倾角β₀标定激光器i的竖向位置参数Bi，i＝1～m。

优选地，所述确定横向倾角β₀的过程包括：

通过以下公式确定横向倾角β₀

优选地，所述标定过程包括：

通过以下公式标定出所述车辙梁上各个激光器的竖向位置参数Bi；

B_i＝[H_i*cos(α_i-β₀)-Hc*cosβ₀+a_i*sinβ₀]/cosβ₀；其中，Hc为车辙梁距地面的安装高度。

优选地，还包括：如果判断到每个激光器的所述竖向位置参数Bi与其设计参数BAi之间的差值小于阈值，则采用，否重新标定。

本发明还提供了一种采用权利要求1所述标定方法的横断面确定方法，包括：

利用车辙梁上的m个激光器进行路面断面的测量，获得每个激光器的读数h_i，利用前述横向倾角计算公式计算路面测量时的车辙梁横向倾角β，

采用以下公式确定各测点的高程值Zi；

Zi＝Hc-h_i*cos(α_i-β)-a_i*sinβ₀+Bi*cosβ；其中，Hc为车辙梁距地面的安装高度；i＝1～m；

采用以下公式确定横断面的水平坐标Xi；

Xi＝cosβ*(h_i*sinα_i+ai)-sinβ*(h_i*cosα_i-Bi-Hc)i＝1～m。

本发明的标定方法和横断面的确定方法，可有效消除激光器的安装参数导致的标定误差，可有效提升测量的精度和准确度。

附图说明

图1是现有技术激光器测量地面的示意图；

图2是现有技术测量路面车辙深度的示意图；

图3是实施例中安装的13个激光器的示意图；

图4是实施例中各个参数的示意图；

图5是实施例中确定竖向参数的示意图；

图6是实施例中确定高程值的示意图；

图7是实施例中最终确定纵断面和车辙深度的示意图。

具体实施方式

为清楚说明本发明中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。

本发明实施例中的标定过程包括：

S11：在车辙梁上的m个激光器中，确定每个激光器的安装角度α_i和横向坐标a_i；其中，所述横向坐标a_i为第i个激光器相对基准激光器的横向坐标值，所述基准激光器为位于所述车辙梁的中间位置的激光器，所述i＝1～m；

具体可参见图4，有m＝13个激光器的车辙检测装置，各激光器在车辙梁上的设计安装参数(α_i，ai，BAi)；

其中α_i为编号为i的激光器安装角度，顺时针为正值，逆时针为负值；ai为第i个激光器相对基准激光器的横向坐标值，左为负，右为正，基准激光器为位于车辙梁中间位置的激光器，在实施例中，ai和Bi均以中间第7个激光器为零点进行测量和计算。

各个激光器的安装参数为：

α₁＝-50，α₂＝-37，α₃＝-16，α₄＝0，α₅＝0，α₆＝0，α₇＝0，α₈＝0，α₉＝0，α₁₀＝0，α₁₁＝16，α₁₂＝37，α₁₃＝50；单位：度

a₁＝-1055，a₂＝-1051，a₃＝-990，a₄＝-850，a₅＝-625，a₆＝-400，a₇＝0，a₈＝400，a₉＝625，a₁₀＝850，a₁₁＝990，a₁₂＝1051，a₁₃＝1055；单位：mm；

BA₁＝200，BA₂＝60，BA₃＝-13，BA₄＝0，BA₅＝0，BA₆＝0，BA₇＝0，BA₈＝0，BA₉＝0，BA₁₀＝0，BA₁₁＝-13，BA₁₂＝60，BA₁₃＝200；单位：mm

812：采集m个激光器激光照射在地面标定直尺上的读数Hi；

放置一个长4m完全水平的直尺，移动直尺位置使得车辙梁上所有激光点都能打到直尺上，读取各激光器的读数Hi如下：

H₁＝880.51，H₂＝534.05，H₃＝361.03，H₄＝361.26，H₅＝361.71，H₆＝360.73，H₇＝359.86，H₈＝359.49，H₉＝357.09，H₁₀＝358.48，H₁₁＝357.28，H₁₂＝526.72，H₁₃＝874.11

S13：在所述m个激光器中，选择垂直安装的n个激光器，将n个激光器的读数Hi及其横向坐标a_i，确定车辙梁的横向倾角β₀；

在实施例中，n为序号4～10的共7个激光器，为便于后续计算，可将n＝1～7的序号映射至实施例中的序号4～10。

S14：采用所述横向倾角β₀标定激光器i的竖向位置参数Bi，i＝1～m。如图5所示：

通过公式确定竖向位置参数Bi：

B_i＝[H_i*cos(α_i-β₀)-Hc*cosβ₀+a_i*sinβ₀]/cosβ₀；其中，Hc为车辙梁距地面的安装高度

B₁＝198.02，B₂＝58.10，B₃＝-11.2，B₄＝-0.52，B₅＝0.44，B₆＝-0.03，B₇＝0，B₈＝0.53，B₉＝-1.36，B₁₀＝0.54，B₁₁＝-11.5，B₁₂＝58.30，B₁₃＝198.62；

通过以上公式确定到竖向位置参数Bi，与最初的设计参数BAi进行比较，计算每个激光器竖向位置的标定值与设计值的差异，B_i-BAi，差值在阈值内，例如均在3mm以内，标定结果有效，否则重新标定。

采用上述的标定过程，可消除设计值与实际的误差。

本发明的实施例还同一种多点共梁车辙检测装置的横断面确定方法，包括：

S21：在标定结束后，进行路面检测，采集m个激光器测量路面的读数h_i；

h₁＝884.71，h₂＝534.05，h₃＝365.71，h₄＝369.76，h₅＝376.71，h₆＝377.53，h₇＝378.76，h₈＝375.19，h₉＝372.09，h₁₀＝376.18，h₁₁＝380.06，h_i2＝559.40，h₁₃＝920.79

S22：在所述m个激光器中，选择垂直安装的n个激光器，将n个激光器的读数h_i及其横向坐标ai，采用前述S13中的公式确定路面测量时车辙梁的横向倾角β；

在实施例中，n为序号4～10的共7个激光器，为便于后续计算，可将n＝1～7的序号映射至实施例中的序号4～10。

S23：采用标定后的每个激光器的竖向位置参数Bi、计算的车辙梁的横向倾角β₀，以及实际路面测量时的各激光器读数h_i，确定与激光器对应的路面横断面每个测点的高程值Zi；如图6所示；

采用以下公式确定各测点的高程值Zi；

Zi＝Hc-h_i*cos(α_i-β)-ai*sinβ+Bi*cosβ；其中，Hc为车辙梁距地面的安装高度，在实施例中，为400mm；i＝1～m；

Z₁＝21.31，Z₂＝23.66，Z₃＝29.11，Z₄＝23.50，Z₅＝19.16，Z₆＝19.52，Z₇＝21.25，Z₈＝28.28，Z₉＝31.14，Z₁₀＝30.60，Z₁₁＝30.0，Z₁₂＝19.38，Z₁₃＝14.60

S24：采用以下公式确定横断面的水平坐标Xi；

Xi＝cosβ*(h_i*sinα_i+ai)-sinβ*(h_i*cosα_i-Bi-Hc)i＝1～m。

X₁＝-1730.04，X₂＝-1376.27，X₃＝-1093.15，X₄＝-849.888，X₅＝-624.672，X₆＝-398.466，X₇＝1.458，X₈＝400.053，X₉＝627.553，X₁₀＝850.013，X₁₁＝1094.083，X₁₂＝1385.466，X₁₃＝1755.837

S25：采用高程值Zi和水平坐标Xi，建立坐标系，如图7所示，确定车辙深度RD＝15mm。

通过实施例的方法，可有效消除激光器设计位置参数在安装时产生的误差及测量时车辙梁横向偏转带来的误差，通过激光器竖向安装位置的标定及车辙梁横向偏角的估算，提高最终的横断面的准确度以及车辙深度的准确度。

对于本发明各个实施例中所阐述的方案，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多点共梁车辙检测装置的标定方法，其特征在于，包括：

在车辙梁上的m个激光器中，确定每个激光器的安装角度α_i和横向坐标a_i；其中，所述横向坐标a_i为第i个激光器相对基准激光器的横向坐标值，所述基准激光器为位于所述车辙梁的中间位置的激光器，所述i＝1～m；

采集每个激光器的激光照射在标定尺上的读数Hi：

在所述m个激光器中，选择垂直安装的n个激光器，将n个激光器的读数Hi及其横向坐标a_i，确定车辙梁的横向倾角β₀；

采用所述横向倾角β₀标定激光器i的竖向位置参数Bi，i＝1～m。

2.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述确定横向倾角β₀的过程包括：

通过以下公式确定横向倾角β₀

${\mathrm{\β}}_0=arctan\frac{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_i{H}_i-\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_i\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{H}_i}{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a_i}^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_i\right)}^2}.$

3.根据权利要求2所述的标定方法，其特征在于，所述标定过程包括：

通过以下公式标定出所述车辙梁上各个激光器的竖向位置参数Bi；

B_i＝[H_i*cos(α_i-β₀)-Hc*cosβ₀+a_i*sinβ₀]/cosβ₀；其中，Hc为车辙梁距地面的安装高度。

4.根据权利要求3所述的标定方法，其特征在于，还包括：如果判断到每个激光器的所述竖向位置参数Bi与其设计参数BAi之间的差值小于阈值，则采用，否重新标定。

5.一种采用权利要求1所述标定方法的横断面确定方法，其特征在于，包括：

利用车辙梁上的m个激光器进行路面断面的测量，获得每个激光器的读数h_i，确定测量时的车辙梁的横向倾角β，

采用以下公式确定各测点的高程值Zi；

Zi＝Hc-h_i*cos(α_i-β)-a_i*sinβ+Bi*cosβ；i＝1～m；

采用以下公式确定横断面的水平坐标Xi；

Xi＝cosβ*(h_i*sinα_i+ai)-sinβ*(h_i*cosα_i-Bi-Hc)i＝1～m。