CN112802339A - 一种轮迹横向分布测量系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及检测技术领域，尤其涉及一种轮迹横向分布测量系统和方法，通过在一段车道上埋设压力传感器阵列，利用压力传感器阵列采集车轮在测量区域内行驶时所产生的感应信号，并记录任一车轮通过至少两个平行传感器的时间绝对差值得到车辆的行驶速度，根据两个平行压力传感器中任意一个到倾斜压力传感器的纵向水平距离和设计的倾斜压力传感器的倾斜角度，计算车轮中心经过倾斜压力传感器时到车道边缘的横向距离；根据车辆经过时压力传感器在轮胎两侧边缘位置的坐标获取轮胎接地的横向长度；通过本测量系统可以在任何的时间进行不间断的测量，不会干扰驾驶人员的视线，极大的节约了人力资源，并且有效提高了轮迹横向分布结果测量的准确性。

Description

一种轮迹横向分布测量系统和方法
技术领域
本发明涉及道路工程测量技术领域，尤其涉及一种轮迹横向分布测量系统和方法。
背景技术
目前，在路面设计规范中通常采用车道分布系数反映车辆在不同车道上的横向分布情况，但是实际道路的情况比较复杂，由于渠化交通的影响，车辆通过时只是覆盖车道的局部宽度，路面横断面上各点所受到的轴载作用次数，仅为通过该断面轴载总数的一部分。在路面设计方法的开发中，必须考虑轮迹横向分布系数的影响，所以车辆的横向分布应综合用车道分布系数和轮迹横向分布系数来表示。
路面轮迹横向分布系数通常用某一宽度范围内所受到的车辆作用次数与通过该车道的总作用次数的比值来表示，代表车辆在一个车道内左右摆动的程度。车辆的轮迹横向分布一般是把车道按照轮迹宽度为区间划分，统计每个区间内的轴次，车辆轮迹的横向分布需要测量两个因素综合得出，分别为轮迹中心的横向位置和轮胎的接地宽度。
鉴于上述问题的存在，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种轮迹横向分布测量系统和方法，使其更具有实用性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种轮迹横向分布测量系统和方法，能够测量得到车辆轮迹的横向分布。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种轮迹横向分布测量系统，包括：第一检测组件、第二检测组件、滤波器、模数转换组件、数据处理模块和显示器，所述第一检测组件和所述第二检测组件均埋设在车道路面下且均能够在受到轮胎碾压时输出电压信号；
所述第一检测组件包括沿直线设置的多个第一检测单元，其中包括至少两个沿横向设置的所述第一检测单元和至少一个与横向倾斜设置的所述第一检测单元，沿横向设置的所述第一检测单元与车辆行驶方向垂直；
所述第二检测组件包括沿直线设置的至少一个第二检测单元，所述第二检测单元沿横向设置且与车辆的行驶方向垂直；
所述滤波器通过传输导线分别与所述第一检测单元和所述第二检测单元相连，用于过滤电压信号中的谐波，所述模数转换组件用于将电压信号转换成数字信号，通过数据处理模块对数字信号分析处理后通过显示器输出检测结果。
进一步地，所述第一检测单元和所述第二检测单元均设置为沿横向布置的压力传感器阵列，其中，所述第一检测单元设置为沿横向设置的一条传感带，所述第二检测单元设置为沿横向设置的若干条传感带，所述传感带包括沿一条直线设置的若干个感应器组件，所述第一检测单元用于输出车辆与其接触的具体时间，所述第二检测单元用于输出车辆通过时轮胎所触发感应器组件的位置坐标；
所述感应器组件包括支撑部、缓冲部和压力传感器，所述支撑部用于固定支撑所述压力传感器，所述缓冲部设置在所述压力传感器和路面之间用于缓解车辆的碾压。
进一步地，所述支撑部设置为弹性板材。
进一步地，所述第一检测组件包括沿横向设置的两个所述第一检测单元和倾斜设置的一个所述第一检测单元；
其中，沿车辆的行驶方向依次设置为两个沿横向设置的所述第一检测单元和倾斜设置的一个所述第一检测单元。
进一步地，倾斜设置的所述第一检测单元和路肩之间朝向车辆行驶方向的夹角设置为θ，且夹角的取值范围是：0°＜θ＜90°。
进一步地，所述模数转换组件包括采集箱、模数转换器和单片机，所述采集箱用于收集所述第一检测单元和所述第二检测单元输出的电压信号，所述模数转换器用于将采集到的电压信号转换成数字信号，所述单片机用于连接模数转换器和数据处理模块。
一种轮迹横向分布测量方法，包括轮迹横向位置的测量和轮胎接地横向尺寸的测量。
进一步地，所述轮迹横向位置的测量包括如下步骤：
S1：沿车辆的行驶方向，在路面下依次埋设有两个横向设置的第一检测单元，以及一个倾斜设置的第一检测单元，倾斜设置的所述第一检测单元和路肩之间朝向车辆行驶方向的夹角设置为θ；
S2：在路肩处测量两个横向设置的所述第一检测单元之间的距离x1，倾斜设置的所述第一检测单元和与其相邻且沿横向设置的所述第一检测单元之间的距离x2；
S3：记录车辆轮胎依次通过三个所述第一检测单元的时间：T1，T2，T3；
S4：通过公式计算车辆通过该段路面的行驶速度，车辆速度V：
V=x1/( T2- T1)；
S5：通过公式计算车辆轮胎通过倾斜设置的所述第一检测单元处与该第一检测单元在路肩处的纵向距离，两处的纵向距离x3：
x3=[ x1/( T2- T1)]*( T3- T2)- x2；
S6：通过公式计算车辆轮胎中心的横向位置，横向位置Y：
Y= x3*tanθ。
进一步地，所述轮胎接地横向尺寸的测量包括如下步骤：
S1：在路面下沿横向埋设一个第二检测单元且第二检测单元与车辆行驶方向垂直，第二检测单元上设置有压力传感器阵列，记录其中每个压力传感器在第二检测单元上的位置坐标；
S2：记录车辆通过第二检测单元时任一轮胎所触发的边缘传感器的位置坐标，根据轮胎沿车辆行驶方向两侧的边缘传感器位置坐标获取轮胎接地横向尺寸。
进一步地，分别获取多个轮胎在第二检测单元处的接地横向尺寸，根据多个轮胎的接地横向尺寸获取轮胎接地横向尺寸的平均值。
本发明的有益效果为：在本发明中，通过在一段车道上埋设压力传感器阵列，利用压力式传感器阵列采集车轮在测量区域内行驶时所产生的感应信号，并记录任一车轮通过至少两个平行传感器的时间绝对差值计算得到车辆的行驶速度，根据两个平行压力式传感器的其中任意一个到倾斜压力式传感器的纵向水平距离和设置的倾斜压力式传感器的倾斜角度，计算车轮经过倾斜传感器时到车道边缘的横向距离；根据轮胎沿车辆行驶方向两侧的边缘传感器位置坐标获取轮胎接地横向尺寸；通过本测量装置可以在任何的时间进行不间断的测量，不会干扰驾驶人员的视线，极大的节约了人力资源，并且有效提高了轮迹横向分布结果测量的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中轮迹横向分布测量系统的道路布置示意图；
图2为本发明实施例中轮迹横向位置的测量方法的框架图；
图3为本发明实施例中轮胎接地尺寸的测量方法的框架图。
附图标记：1、第一检测单元；2、第二检测单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一 个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元 件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用 的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目 的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术 领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术 语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的 术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1至图3所示的一种轮迹横向分布测量系统和方法，包括第一检测组件、第二检测组件、滤波器、模数转换组件、数据处理模块和显示器，第一检测组件和第二检测组件均埋设在车道路面下且均能够在受到轮胎碾压时输出电压信号；第一检测组件包括沿直线设置的多个第一检测单元1，其中包括至少两个沿横向设置的第一检测单元1和至少一个与横向倾斜设置的第一检测单元1，沿横向设置的第一检测单元1与车辆行驶方向垂直； 第二检测组件包括沿直线设置的至少一个第二检测单元2，第二检测单元2沿横向设置且与车辆的行驶方向垂直；滤波器通过传输导线分别与第一检测单元1和第二检测单元2相连，用于过滤电压信号中的谐波，模数转换组件用于将电压信号转换成数字信号，通过数据处理模块对数字信号分析处理后通过显示器输出检测结果
在具体实施过程中，通过在一段车道上埋设第一检测单元1和第二检测单元2，利用压力传感器采集车轮在测量区域内行驶时所产生的感应信号，并记录任一车轮通过至少两个平行压力传感器的时间绝对差值计算得到车辆的行驶速度，根据两个平行压力传感器的其中一个或者任意一个到的倾斜压力传感器的纵向水平距离和设置的倾斜压力传感器的倾斜角度，计算车轮经过倾斜压力传感器时到车道边缘的横向距离；根据轮胎沿车辆行驶方向两侧的边缘传感器位置坐标获取轮胎接地横向尺寸；通过本测量装置可以在任何的时间进行不间断的测量，不会干扰驾驶人员的视线，极大的节约了人力资源，并且有效提高了轮迹横向分布结果测量的准确性。
作为上述实施例的优选，第一检测单元1和第二检测单元2均设置为沿横向布置的压力传感器阵列，其中，第一检测单元1设置为沿横向设置的一条传感带，第二检测单元2设置为沿横向设置的若干条传感带，传感带包括沿一条直线设置的若干个感应器组件，第一检测单元1用于输出车辆与其接触的具体时间，第二检测单元2用于输出车辆通过时轮胎所触发感应器组件的位置坐标；感应器组件包括支撑部、缓冲部和压力传感器，支撑部用于固定支撑压力传感器，缓冲部设置在压力传感器和路面之间用于缓解车辆的碾压，检测单元结构简单更具实用性。
作为上述实施例的优选，支撑部设置为弹性板材。
作为上述实施例的优选，第一检测组件包括沿横向设置的两个第一检测单元1和倾斜设置的一个第一检测单元1；其中，沿车辆的行驶方向依次设置为两个沿横向设置的第一检测单元1和倾斜设置的一个第一检测单元1。倾斜设置的第一检测单元1和路肩之间朝向车辆行驶方向的夹角设置为θ，且夹角的取值范围是：0°＜θ＜90°，用于计算车轮经过倾斜传感器时到车道边缘的横向距离。
作为上述实施例的优选，模数转换组件包括采集箱、模数转换器和单片机，采集箱用于收集第一检测单元1和第二检测单元2输出的电压信号，模数转换器用于将采集到的电压信号转换成数字信号，单片机用于连接模数转换器和数据处理模块。滤波器用于过滤传感器阵列感应到的电压信号中的谐波，且能够进行无功补偿；由于压力传感器是埋设在沥青路面中，电压信号容易受到沥青混合料模量的影响，沥青混合料模量跟环境温度的相关性较强，在对应位置设置温度传感器增加结果的稳定性。
一种适用于上述系统的轮迹横向分布测量方法，如图2所示，包括轮迹横向位置的测量和轮胎接地尺寸的测量。
在具体实施过程中，轮迹横向位置的测量包括如下步骤：
S1：沿车辆的行驶方向，在路面下依次埋设有两个横向设置的第一检测单元，以及一个倾斜设置的第一检测单元，倾斜设置的第一检测单元和路肩之间朝向车辆行驶方向的夹角设置为θ；
S2：在路肩处测量两个横向设置的第一检测单元之间的距离x1，倾斜设置的第一检测单元和与其相邻且沿横向设置的第一检测单元之间的距离x2；
S3：记录车辆轮胎依次通过三个第一检测单元的时间：T1，T2，T3；
S4：通过公式计算车辆通过该段路面的行驶速度，车辆速度V：
V=x1/( T2- T1)；
S5：通过公式计算车辆轮胎通过倾斜设置的第一检测单元处与该第一检测单元在路肩处的纵向距离，两处的纵向距离x3：
x3=[ x1/( T2- T1)]*( T3- T2)- x2；
S6：通过公式计算车辆轮胎中心的横向位置，横向位置Y：
Y= x3*tanθ。
在具体实施过程中，如图3所示，轮胎接地尺寸的测量包括如下步骤：
S1：在路面下沿横向埋设一个第二检测单元且第二检测单元与车辆行驶方向垂直，第二检测单元上设置有压力传感器阵列，记录其中每个压力传感器在车道横向上的位置坐标；
S2：记录车辆通过第二检测单元时任一轮胎所触发的边缘传感器的位置坐标，根据轮胎沿车辆行驶方向两侧的边缘传感器位置坐标获取轮胎接地横向尺寸。
作为本申请的一种优选实施例，通过上述检测系统还能够测量轮胎接地尺寸中的接地长度尺寸，如图1和图3所示，包括如下步骤：
S1：测量第二检测单元在车辆行驶方向上的长度x4；
S2：分别记录车辆接触第二检测单元和离开第二检测单元的具体时间T4，T5；
S3：通过公式计算每个车辆轮胎的接地长度，轮胎接地长度尺寸X：
X=V*( T5- T4)- x4。
作为上述实施例的优选，分别获取多个轮胎在第二检测单元处的接地横向尺寸和接地长度尺寸，根据多个轮胎的接地横向尺寸和接地长度尺寸获取轮胎接地尺寸的平均值。能够确保测量结构更加精确。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种轮迹横向分布测量系统，其特征在于，包括：第一检测组件、第二检测组件、滤波器、模数转换组件、数据处理模块和显示器，所述第一检测组件和所述第二检测组件均埋设在车道路面下且均能够在受到轮胎碾压时输出电压信号；
所述第一检测组件包括沿直线设置的多个第一检测单元（1），其中包括至少两个沿横向设置的所述第一检测单元（1）和至少一个与横向倾斜设置的所述第一检测单元（1），沿横向设置的所述第一检测单元（1）与车辆行驶方向垂直；
所述第二检测组件包括沿直线设置的至少一个第二检测单元（2），所述第二检测单元（2）沿横向设置且与车辆的行驶方向垂直；
所述滤波器通过传输导线分别与所述第一检测单元（1）和所述第二检测单元（2）相连，用于过滤电压信号中的谐波，所述模数转换组件用于将电压信号转换成数字信号，通过数据处理模块对数字信号分析处理后通过显示器输出检测结果。
2.根据权利要求1所述的轮迹横向分布测量系统，其特征在于，所述第一检测单元（1）和所述第二检测单元（2）均设置为沿横向布置的压力传感器阵列，其中，所述第一检测单元（1）设置为沿横向设置的一条传感带，所述第二检测单元（2）设置为沿横向设置的若干条传感带，所述传感带包括沿一条直线设置的若干个感应器组件，所述第一检测单元（1）用于输出车辆与其接触的具体时间，所述第二检测单元（2）用于输出车辆通过时轮胎所触发感应器组件的位置坐标；
所述感应器组件包括支撑部、缓冲部和压力传感器，所述支撑部用于固定支撑所述压力传感器，所述缓冲部设置在所述压力传感器和路面之间用于缓解车辆的碾压。
3.根据权利要求2所述的轮迹横向分布测量系统，其特征在于，所述支撑部设置为弹性板材。
4.根据权利要求1所述的轮迹横向分布测量系统，其特征在于，所述第一检测组件包括沿横向设置的两个所述第一检测单元（1）和倾斜设置的一个所述第一检测单元（1）；
其中，沿车辆的行驶方向依次设置为两个沿横向设置的所述第一检测单元（1）和倾斜设置的一个所述第一检测单元（1）。
5.根据权利要求4所述的轮迹横向分布测量系统，其特征在于，倾斜设置的所述第一检测单元（1）和路肩之间朝向车辆行驶方向的夹角设置为θ，且夹角的取值范围是：0°＜θ＜90°。
6.根据权利要求1所述的轮迹横向分布测量系统，其特征在于，所述模数转换组件包括采集箱、模数转换器和单片机，所述采集箱用于收集所述第一检测单元（1）和所述第二检测单元（2）输出的电压信号，所述模数转换器用于将采集到的电压信号转换成数字信号，所述单片机用于连接模数转换器和数据处理模块。
7.一种轮迹横向分布测量方法，其特征在于，包括轮迹横向位置的测量和轮胎接地横向尺寸的测量。
8.根据权利要求7所述的轮迹横向分布测量方法，其特征在于，所述轮迹横向位置的测量包括如下步骤：
S1：沿车辆的行驶方向，在路面下依次埋设有两个横向设置的第一检测单元，以及一个倾斜设置的第一检测单元，倾斜设置的所述第一检测单元和路肩之间朝向车辆行驶方向的夹角设置为θ；
S2：在路肩处测量两个横向设置的所述第一检测单元之间的距离x1，倾斜设置的所述第一检测单元和与其相邻且沿横向设置的所述第一检测单元之间的距离x2；
S3：记录车辆轮胎依次通过三个所述第一检测单元的时间：T1，T2，T3；
S4：通过公式计算车辆通过该段路面的行驶速度，车辆速度V：
V=x1/( T2- T1)；
S5：通过公式计算车辆轮胎通过倾斜设置的所述第一检测单元处与该第一检测单元在路肩处的纵向距离，两处的纵向距离x3：
x3=[ x1/( T2- T1)]*( T3- T2)- x2；
S6：通过公式计算车辆轮胎的横向位置，横向位置Y：
Y= x3*tanθ。
9.根据权利要求8所述的轮迹横向分布测量方法，其特征在于，所述轮胎接地尺寸的测量包括如下步骤：
S1：在路面下沿横向埋设一个第二检测单元且第二检测单元与车辆行驶方向垂直，第二检测单元上设置有压力传感器阵列，记录其中每个压力传感器在车道横向上的位置坐标；
S2：记录车辆通过第二检测单元时任一轮胎所触发的边缘传感器的位置坐标，根据轮胎沿车辆行驶方向两侧的边缘传感器位置坐标获取轮胎接地横向尺寸。
10.根据权利要求9所述的轮迹横向分布测量方法，其特征在于，分别获取多个轮胎在第二检测单元处的接地横向尺寸，根据多个轮胎的接地横向尺寸获取轮胎接地横向尺寸的平均值。
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