CN112833940A - 一种真实路用环境下道路多功能测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开公开的一种真实路用环境下道路多功能测试系统及方法，包括，将真实道路的测试区域划分为通行车道和多余车道，将多余车道作为道路试验段，在道路试验段上设置数据采集装置，将数据采集装置和控制器连接；其中，通行车道，用于试验前供车流通行，试验时，该道路关闭；道路试验段，用于试验时供车流通行。将真实道路的测试区域划分为通行车道和多余车道，将多余车道作为道路试验段进行道路测试，在不封闭交通的情况下即可完成对真实道路的道路测试。

Description

一种真实路用环境下道路多功能测试系统及方法

技术领域

本发明涉及道路试验技术领域，尤其涉及一种真实路用环境下道路多功能测试系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

路用材料性质、结构组合、施工水平等因素的影响，以及车辆荷载与自然环境的共同作用下，导致沥青路面结构实际响应存在着较为明显的非线性现象，如何准确获取路面服役过程中的非线性行为，是保证路面结构分析方法科学合理的关键所在。同时，道路行业的不断发展，一些新材料、新结构形式、智慧公路、新基建方案等用于提升道路性能、提高道路的服务质量。在投入工程应用推广前，需要开展大量的试验来验证新材料、新结构形式、智慧公路方案及技术的可行性、耐久性、安全性及服务水平等指标，开展道路试验的现场实测是获取这些试验数据的最为有效的一种研究手段。

工程尺度的道路测试平台主要包括的室内道路试验路段(如直道试验，环道试验等)和现场道路试验段，其中代表性的有：美国NCAT试验环道、美国西部环道WseTrack、法国LCPC环道、西班牙足尺环道和日本道路工程研究所试验环道等，国外依托这些试验场地开展了大量的路面结构实际响应研究，在优化道路设计、制定道路行业标准方面取得了丰硕的成果。但由于足尺环道试验平台投资巨大，我国现阶段足尺路面试验环道研究更少，比较有代表性的是2015年建成的我国第一条足尺路面试验环道RIOHTRACK。

对以上足尺路面试验的深入调研，现阶段的道路试验路段(如直道试验和环道试验段等)存在着以下不足：

(1)试验路段所处的室外试验场地与服役道路所处真实环境存在显著差异；

(2)试验路段常采用类型单一的试验车辆进行，测试工程简单，无法模拟真实的道路车辆荷载的随机性、时效性、多样性等特征；

(3)试验路段所采用的检测设备及技术较简单，平台的数据采集系统自动化、智能化程度不高；

(4)缺少长期真实而实时交通流的数据和统计，无法做到对试验路段的实时交通情况的监测和记录，无法开展试验路段监测数据与实时交通情况数据的结合分析；

(5)租用测试车辆(或标准车)需要支付大量额外的测试试验费用，不利于环保要求。

现场道路的试验段目前存在如下不足：

(1)缺少完善有效的长期监测及数据采集系统，无法及时且长时间收集路段的试验数据；

(2)进行试验时需要封闭交通，严重影响道路的正常通行；

(3)试验测试设备损坏后无法及时更换，造成需要长期测试和观测的项目中断或停止，试验数据不完整，无法开展有效的试验分析；

(4)在正常路段埋设测试试验设备数量和类型有限，后期需要开展新的试验内容和项目时难以添加测试设备；

(5)因为道路可用长度、宽度等的限制来压缩试验工况的设计，无法提供同时比较多种路面结构和材料使用性能的时空等效性。

有鉴于此，亟待针对性的设计多功能、高效、便捷的真实路用环境下道路试验平台及数据采集系统，以实现道路材料性能监测数据、道路全寿命周期运维管理数据、交通流数据、环境数据、智慧道路技术测试等的全方位数据采集，从而完成不同刚度路面全寿命周期内的演化规律、新型材料结构行为的长寿命路面设计方法、智慧高速新基建方案可行性等一系列重点工作。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种真实路用环境下道路多功能测试系统及方法，将真实道路的测试区域划分为通行车道和多余车道，将多余车道作为道路试验段进行道路测试，在不封闭交通的情况下即可完成对真实道路的道路测试。

为实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

第一方面，提出了一种真实路用环境下道路多功能测试系统，其特征在于，包括，将真实道路的测试区域划分为通行车道和多余车道，将多余车道作为道路试验段，在道路试验段上设置数据采集装置，将数据采集装置和控制器连接；其中，通行车道，用于试验前供车流通行，试验时，该道路关闭；道路试验段，用于试验时供车流通行。

第二方面，一种真实路用环境下道路多功能测试方法，包括：

将真实道路的测试区域划分为通行车道和多余车道，将多余车道作为道路试验段；

当道路试验段敷设数据采集装置时，通行车道通车；

当数据采集装置敷设完成后，将道路上车流引导至道路试验段上，进行道路试验。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

1、本公开提出的道路多功能测试系统，直接对真实道路进行道路测试，从而能真实的反映真实道路的各项性能。

2、本公开的道路多功能测试系统，在道路试验前、道路试验准备期、道路试验进行时，均没有封闭真实道路的交通，实现了在交通通行的情况下对真实道路进行试验。

3、本公开利用服役路段及真实的交通流进行道路试验，不用额外搭建模拟路段的试验平台和租用测试车辆，降低了道路测试的成本。

4、本公开利用真实道路和真实的交通流进行道路试验，反映了真实道路的使用状态，使得道路测试结果更有效、可靠。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本公开实施例1公开系统的结构框图；

图2为本公开实施例1公开系统的平面布置图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

实施例1

在该实施例中，公开了一种真实路用环境下道路多功能测试系统，其特征在于，包括，将真实道路的测试区域划分为通行车道和多余车道，将多余车道作为道路试验段，在道路试验段上设置数据采集装置，将数据采集装置和控制器连接；其中，

通行车道，用于试验前供车流通行，试验时，该道路关闭；

道路试验段，用于试验时供车流通行；

数据采集装置，用于实时采集道路试验所需数据，并将数据发送至控制器；

控制器，用于对采集的数据进行存储分析，获取道路试验结果。

进一步的，将道路试验段划分为多个试验单元路段，在每个试验单元路段上均设置数据采集装置，各数据采集装置均与控制器连接。

进一步的，数据采集装置包括交通流采集装置和路面信息采集装置，所述交通流采集装置、路面信息采集装置均与控制器连接。

进一步的，路面信息采集装置包括视频位移检测仪、路表红外成像仪、三维激光雷达、应力传感器、应变传感器、称重轴载传感器、路基内部应力监测系统、动位监测系统和路基沉降监测系统，各路面信息采集装置均与控制器连接。

进一步的，在真实道路的道路试验段上设置环境数据采集装置，环境数据采集装置与控制器连接。

进一步的，控制器与显示装置连接，通过显示装置对采集装置采集数据和实验结果进行显示。

进一步的，真实道路包括多余车道和通行车道，多余车道作为道路试验段，当进行道路试验时，通行车道不通车，车流从道路试验段通过。

进一步的，道路试验段上还设置道路安全保障系统，道路安全保障系统，包括，道路可变信息提示板、智能道钉、发光标线、智能旋转防撞护栏，所述道路可变信息提示板和智能道钉均与控制器连接。

进一步的，所述真实道路的测试区域一侧设置实验室，控制器和显示装置均安装于实验室内。

结合图1对本实施例公开的一种真实路用环境下道路多功能测试系统进行详细说明。

该实施例公开的一种真实路用环境下道路多功能测试系统，利用真实道路路段中超宽多余车道，布设相关检测设备及机电设备，根据试验项目内容，开展新材料、新结构、新工艺或智慧道路技术参数等试验测试和数据。真实路用环境下道路多功能测试系统，既可以获得大量宝贵真实试验数据的同时，节约了大量试验费用，获得第一手的真实数据，为今后的创新技术推广应用提供了最为真实和可信的技术支撑。

真实路用环境下道路多功能测试系统可开展道路新材料性能研究试验、路面新结构形式力学性能试验、路面填集料性能试验、沿线设施布设试验、智慧道路技术参数试验、车路协同及自动驾驶模拟试验等。

真实路用环境下道路多功能测试系统包括试验路段土建系统、数据采集装置、环境数据采集装置、道路安全保障系统、机电通信系统和控制系统，控制系统包括控制器和显示装置，数据采集装置、环境数据采集装置、道路安全保障系统均与控制器连接，控制器与显示装置连接。

试验路段土建系统包括真实道路的测试区域，将真实道路的测试区域划分为通行车道和多余车道，将多余车道作为道路试验段，在道路试验段的路侧设置实验室，控制系统放置于实验室内。根据试验安排选择确定真实道路的道路试验段，在道路试验准备期，通行车道正常通车，作为道路试验段的多余车道禁止通车，在道路试验段上敷设数据采集装置、环境数据采集装置、道路安全保障系统和机电通信系统，当敷设完成后，通行车道禁止车辆通行，将车流完全引至道路试验段上通行，以有效利用实时交通流，通过利用真实的车流对道路试验段进行道路试验，由于道路试验段进行道路试验时利用的是真实的车流，使得道路试验的结果更加的真实有效。

道路试验段上设置的数据采集装置包括交通流采集装置和路面信息采集装置，数据采集装置还可以根据道路试验的不同进行增减完善。

交通流采集装置，用于实时采集各车道的交通量、车辆类型、车速和车路位置等信息。

路面信息采集装置包括视频位移检测仪、路表红外成像仪、三维激光雷达、沥青面层拉应力传感器、半刚性基层传感器、路基顶部压应变传感器、称重轴载传感器、路基内部应力监测系统、动位监测系统、路基沉降监测系统，各路面信息采集装置均与控制器连接。

环境数据采集装置，主要包括在路侧布置环境气象全要素检测站，用于实时采集试验路段的气象、温度、风速、雨雪量、可视度、雾等环境参数。

将道路试验段根据试验工况划分为多个试验单元路段，试验单元路段根据不同的试验工况铺设相应的数据采集装置，通过将道路试验划分为多个试验单元路段，从而能够同时进行多种道路试验，可满足道路材料、道路结构形式、新技术的多种组合工况的试验环境一致性，使对比试验结果更直观、更可靠。

进行道路试验时，交通流采集装置、路面信息采集装置和环境数据采集装置实时采集道路试验数据，并将数据发送至控制器进行存储分析，存储器中存储路面结构非线性动力响应数据(应力、应变)，路面服役性能(车辙、表面位移等)，路用新材料、新结构的可靠性指标数据，控制器通过将采集数据与指标数据进行比较，获得道路试验结果。

控制系统安装于道路试验路段侧的实验室内，包括控制器和显示装置，对数据采集装置采集的数据进行存储、分析，并通过三维模型可视化手段完成道路试验段进行道路试验时的三维展示，可实现道路试验段上各试验单元路段、试验项目、试验数据、实时交通等内容的可视化展示。

道路安全保障系统，主要包括布置于路侧的道路可变信息提示板、智能道钉、发光标线、智能旋转防撞护栏等设施，道路可变信息提示板、智能道钉和智能旋转防撞护栏均与控制器连接，实时显示交通信息、前方试验路段基本情况等安全信息，为驾驶车辆提供有用信息，为道路试验段的行车安全提供保障。

机电通信系统主要用于道路试验段范围内各数据采集装置、道路安全保障系统和控制系统的电源及网络通畅，为数据传输等提供稳定保障。

本实施例公开的一种真实路用环境下道路多功能测试系统，可开展道路新材料性能研究试验、路面新结构形式力学性能试验、路面填集料性能试验、沿线设施布设试验、智慧道路技术参数试验、车路协同及自动驾驶模拟试验等，可对自动驾驶车辆的性能测试和性能测试提供真实的混合流或单独的通行测试环境，为新基建的建设提供实验场所。

使用本实施例公开的一种真实路用环境下道路多功能测试系统，进行路用新材料的力学性能试验和沥青路面结构响应及其非线性分析试验的具体过程为：

实施内容一：路用新材料的力学性能试验

基于该道路多功能测试系统的新材料的力学性能试验开展根据路面材料的试验测试设置的工况要求，将图2中的真实道路的试验场区进行分区，划分为通行车道和多余车道，并完成真实道路的路面新材料的铺筑施工；

按照试验测试参数的需要，在多余车道中布设各数据采集装置，并通过无线传输设备实现与通信设备的连接；

完成试验场区的建设后，即可开始试验的长期观测，通过数据采集装置完成各车道的车辆荷载、速度等信息的实时采集，并完成试验分区与车道的数据关联；

根据车流量的情况，结合各试验分区的力学性能指标数据，完成道路新材料的力学性能数据分析；

通过视觉技术路表变形监测站，实时记录新材料路表的变形分析；

综合各工况的路用新材料试验数据分析结果，完成路用新材料的最优指标确定。

实施内容二：沥青路面结构响应及其非线性分析试验

与实施内容一一致，将试验场区进行分区，划分为通行车道和多余车道，施工完成待研究结构的铺筑施工；

施工完成后，收集实时交通流车辆监控数据、无线传感器监测数据、视觉技术位移检测数据；

开展不同车型、不同车载重下的，路面结构动力响应情况；

开展不同车流量情况下，路面结构的整体动力响应变化特征；

比较不同刚度路面结构全寿命周期内的演化规律，通过大数据分析，确定路面结构的综合服役性能指标。

本实施例公开的一种真实路用环境下道路多功能测试系统，可以解决现有的道路行业在新材料、新结构、智慧道路、自动驾驶和车路协同技术验证研发过程中，实施性能测试所面临的难题，具有如下有益效果：

(1)可完成多种不同场景下的车流量的随机性变化工况，并完成试验测试区路面上车流加载信息的实时监控与数据采集，基于实时车流量的试验段数据分析，对路面新材料、新结构及新技术方案具有更直接的指导意义；

(2)可模拟真实道路环境下的车辆载荷、驾驶习惯等因素对试验结果的影响，获取的试验数据可直接指导路面材料及结构设计；

(3)可同时比较多种路面结构和材料使用性能的时空等效性，且具有基础试验数据采集可控性强、试验数据完整性好、试验效率高的优点；

(4)可完成长期稳定的真实路面检测项目全方位信息要素的实时采集和关联分析工作；

(5)可保证不封闭交通条件下快速有效地实现试验路段单元的布置、试验数据采集和分析；

(6)真实路用环境下的试验平台具备高度可视化、自动化和智能化的中控系统，检测设备按试验需求可自主扩展、更换，保障试验过程的完整性；

(7)利用服役路段完成真实路用环境的试验平台建设，可大幅减少试验平台的前期投资费用，试验过程充分利用真实交通流荷载，大幅减少租用测试车辆(或标准车)需要支付大量的测试试验费用，从而减少了整个试验项目的投资。

实施例2

在该实施例中，公开了一种真实路用环境下道路多功能测试方法，包括：

将真实道路的测试区域划分为通行车道和多余车道，将多余车道作为道路试验段；

当道路试验段敷设数据采集装置时，通行车道通车；

当数据采集装置敷设完成后，将道路上车流引导至道路试验段上，进行道路试验。

进一步的，真实道路的测试区域划分为通行车道和多余车道，多余车道作为道路试验段，多余车道敷设数据采集装置时，通行车道通车，多余车道不通车，道路试验开始时，通行车道不通车，车流全由道路试验段通过。

进一步的，真实道路的多余车道根据道路测试试验安全确定。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种真实路用环境下道路多功能测试系统，其特征在于，包括，将真实道路的测试区域划分为通行车道和多余车道，将多余车道作为道路试验段，在道路试验段上设置数据采集装置，将数据采集装置和控制器连接；其中，通行车道，用于试验前供车流通行，试验时，该道路关闭；道路试验段，用于试验时供车流通行。

2.如权利要求1所述的一种真实路用环境下道路多功能测试系统，其特征在于，将道路试验段划分为多个试验单元路段，在每个试验单元路段上均设置数据采集装置，各数据采集装置均与控制器连接。

3.如权利要求1所述的一种真实路用环境下道路多功能测试系统，其特征在于，数据采集装置包括交通流采集装置和路面信息采集装置，所述交通流采集装置、路面信息采集装置均与控制器连接。

4.如权利要求1所述的一种真实路用环境下道路多功能测试系统，其特征在于，还在道路试验段设置了环境信息采集装置，环境信息采集装置与控制器连接。

5.如权利要求3所述的一种真实路用环境下道路多功能测试系统，其特征在于，路面信息采集装置包括表面位移视觉测量装置、三维激光雷达、应力传感器和应变传感器，表面位移视觉测量装置、三维激光雷达、应力传感器和应变传感器均与控制器连接。

6.如权利要求1所述的一种真实路用环境下道路多功能测试系统，其特征在于，控制器与显示装置连接。

7.如权利要求1所述的一种真实路用环境下道路多功能测试系统，其特征在于，道路试验段上还设置道路安全保障系统，道路安全保障系统，包括，道路可变信息提示板、智能道钉、发光标线、智能旋转防撞护栏，所述道路可变信息提示板、智能道钉和智能旋转防撞护栏均与控制器连接。

8.如权利要求1所述的一种真实路用环境下道路多功能测试系统，其特征在于，所述真实道路的一侧设置实验室，控制器和显示装置均安装于实验室内。

9.一种真实路用环境下道路多功能测试方法，其特征在于，包括：

将真实道路的测试区域划分为通行车道和多余车道，将多余车道作为道路试验段；

当道路试验段敷设数据采集装置时，通行车道通车；

当数据采集装置敷设完成后，将道路上车流引导至道路试验段上，进行道路试验。

10.如权利要求9所述的一种真实路用环境下道路多功能测试方法，其特征在于，真实道路的测试区域划分为通行车道和多余车道，多余车道作为道路试验段，多余车道敷设数据采集装置时，通行车道通车，多余车道不通车，道路试验开始时，通行车道不通车，车流全由道路试验段通过，当试验结束后，通行车道和多余车道全部通车。

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