CN113737620A - 一种沥青路面状况多指标采集装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种沥青路面状况多指标采集装置，涉及公路仪器技术领域。该采集装置包括数据处理模块、连接架及多个路面状况采集仪；路面状况采集仪包括底盘，底盘的前部连接有万向轮；底盘上设有九轴运动处理传感器和单片机；九轴运动处理传感器能够检测底盘的实时纵向倾斜角度、实时横向倾斜角度和实时竖直方向位移；万向轮上设有能够检测轮子的转动圈的数码盘传感器；单片机能够根据接收到的转动圈数计算出底盘的行程；单片机能够获取提取点的纵向倾斜角度、竖直方向位移、横向倾斜角度和底盘的行程；数据处理模块能够根据接收到的数据，得到各底盘竖直方向位移与行程之间的关系曲线并显示。本申请同时公开了一种沥青路面状况多指标采集方法。

Description

一种沥青路面状况多指标采集装置及方法

技术领域

本申请涉及公路仪器技术领域，尤其涉及一种沥青路面状况多指标采集装置及方法。

背景技术

路面的基本功能是为车辆提供快速、安全、舒适和经济的行驶表面。路面的行驶功能性能是指路面满足这一基本功能的能力，它反映了路面的行驶质量和服务水平。但随着我国经济的快速发展，基础建设数量越来越多，为了缩短建设周期，难免会出现公路施工质量降低及参数指标不达标的现象。

由于公路的数量增加，传统的检测技术的效率难以满足并且缺少生动呈现性。目前人们对于现场路面绘制大多采集重要点进行勾勒，这样造成在某些部位会产生很大的误差，例如，传统的测试车辙深度实验，采取3M直尺搭在车道两侧，然后取几个重要点垂直于长尺进行深度测量，虽然可以获得重要的数据，但是对于路面状况的绘制存在很大的误差，而且给观测人员带来不便。再例如，传统测量路面平整度是采取连续式平整度仪，而且只能收集一条线性上的数据，对于整个车道宽的平整度观测缺少代表性。

发明内容

本申请的实施例提供一种沥青路面状况多指标采集装置及方法，不仅可以观测出路面平整度，还能连续对整个车道宽进行超高和纵坡的收集，从而实现方便、精确、高效采集路面指标信息的目的，进而能够更加接近于实际绘制出图纸，使信息得到生动的呈现性。

为达到上述目的，一方面，本申请的实施例提供了一种沥青路面状况多指标采集装置，包括数据处理模块、连接架及并排连接在所述连接架上的多个路面状况采集仪；所述路面状况采集仪包括底盘，所述底盘的前部连接有万向轮，后部连接有两个后轮；所述底盘上设有九轴运动处理传感器、单片机和电池；所述九轴运动处理传感器能够检测所述底盘的实时纵向倾斜角度、实时横向倾斜角度和实时竖直方向位移；所述万向轮包括轮子和支架，所述支架上设有码盘传感器，所述码盘传感器能够检测所述轮子的转动圈数；所述单片机与所述九轴运动处理传感器和所述码盘传感器均电连接；所述单片机能够接收所述轮子的转动圈数，并根据转动圈数计算出所述底盘的行程；所述单片机能够接收所述底盘的实时纵向倾斜角度、实时横向倾斜角度和实时竖直方向位移，并在实时纵向倾斜角度满足预设条件时，提取此时刻的实时纵向倾斜角度、实时横向倾斜角度、实时竖直方向位移和底盘的行程，得到提取点的纵向倾斜角度、提取点的竖直方向位移、提取点的横向倾斜角度和提取点的底盘的行程；数据处理模块能够根据接收到的各单片机发送的提取点的竖直方向位移和提取点的底盘的行程，得到各底盘竖直方向位移与行程之间的关系曲线并显示；所述电池为所述单片机、所述九轴运动处理传感器和所述码盘传感器供电。

进一步地，所述预设条件为实时纵向倾斜角度与初始纵向倾斜角度或上一个提取点的纵向倾斜角度的差值大于预设值。

进一步地，所述轮子的轮辐上设有多个沿周向均布的通孔，所述码盘传感器的激光发射器和接收器均与其中一个所述通孔的位置相对应。

进一步地，所述支架上设有与所述底盘的前侧面平行的连接板，所述连接板与所述底盘通过螺杆连接。

进一步地，所述连接架包括横梁和垂直设置在所述横梁同一侧的多个连接杆，多个所述连接杆沿所述横梁的延伸方向均布，所述路面状况采集仪连接在相邻的两个连接杆之间，位于两侧的连接杆与所述横梁铰接，其余连接杆与所述横梁固连。

进一步地，所述底盘的两侧均设有卡槽，所述连接架还包括多个曲杆，所述曲杆的第一端通过轴承与所述连接杆转动连接，所述曲杆的第二端连接滚轮，所述滚轮位于所述卡槽内，且能够在所述卡槽内滚动。

进一步地，位于两端的所述连接杆的外侧均连接车轮，所述连接架还包括安装部，所述安装部为设置在所述横梁两端的直杆段，所述直杆段与设置在两端的其中一个所述连接杆位于同一竖直平面上，且所述直杆段沿水平方向延伸；所述直杆段与所述连接杆之间设有弹簧减震器。

进一步地，所述数据处理模块还能够根据接收到的各单片机发送的提取点的纵向倾斜角度和提取点的底盘的行程，得到各底盘纵向倾斜角度与行程之间的关系曲线并显示。

进一步地，所述数据处理模块还能够根据接收到的各单片机发送的提取点的横向倾斜角度并显示。

另一方面，本申请实施例还提供了一种基于上述沥青路面状况多指标采集装置的采集方法，包括以下步骤：九轴运动处理传感器检测底盘的实时纵向倾斜角度、实时横向倾斜角度和实时竖直方向位移；码盘传感器检测轮子的转动圈数；单片机接收所述轮子的转动圈数，并根据转动圈数计算出所述底盘的行程；单片机接收底盘的实时纵向倾斜角度、实时横向倾斜角度和实时竖直方向位移，并在实时纵向倾斜角度满足预设条件时，提取该实时纵向倾斜角度、实时竖直方向位移和底盘的行程，得到提取点的纵向倾斜角度、提取点的竖直方向位移和提取点的底盘的行程；数据处理模块根据接收到的各单片机发送的提取点的竖直方向位移和提取点的底盘的行程，得到各底盘竖直方向位移与行程之间的关系曲线并显示。

本申请相比现有技术具有以下有益效果：

本申请不仅可以观测出路面平整度，还能连续对整个车道宽进行超高和纵坡的收集，从而实现方便、精确、高效采集路面指标信息的目的，进而能够更加接近于实际绘制出图纸，使信息得到生动的呈现性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本申请实施例沥青路面状况多指标采集装置的结构示意图；

图2为本申请实施例沥青路面状况多指标采集装置中连接架与路面状况采集仪的连接结构示意图；

图3为本申请实施例沥青路面状况多指标采集装置中路面状况采集仪的结构示意图；

图4为本申请实施例沥青路面状况多指标采集装置中曲杆与连接杆和滚轮的连接结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参照图1至图4，本申请的实施例提供了一种沥青路面状况多指标采集装置，包括数据处理模块、连接架1及并排连接在连接架1上的多个路面状况采集仪2。路面状况采集仪2上设有九轴运动处理传感器24、码盘传感器27、单片机(图中未示)和电池26。单片机与九轴运动处理传感器24和码盘传感器27均电连接。电池26为单片机、九轴运动处理传感器24和码盘传感器27供电。需要注意的是，使用时，需要将连接架1固定在汽车后侧，限制其自由度，使汽车行驶过程中，保证其不会随意摆动，否则会影响收集数据的准确性。

本申请的实施例沥青路面状况多指标采集装置，通过特定的连接架1对多个路面状况采集仪2进行组装，形成对一些路面进行信息采集的采集装置。当路面状况采集仪2处于测试路面起点时，单片机会读取九轴运动处理传感器X、Y、Z轴原始数据(即纵向倾斜角度、横向倾斜角度及竖直方向位移)并计算，路面状况采集仪2缓慢移动，码盘传感器27进行记数并输出给单片机，单片机进行距离计算，纵向倾斜角度变化大于1°时，单片机提取最新角度和距离，并存储下来，与此同时也会对横向倾斜角度和高程(竖直方向位移)的读取和存储，直到检测路面终点才采集结束。最后导出数据至数据处理单元，从而得到路面状况图。

参照图2至图4，连接架1包括横梁11和垂直设置在横梁11同一侧的多个连接杆12，多个连接杆12沿横梁11的延伸方向均布，路面状况采集仪2连接在相邻的两个连接杆12之间。位于两侧的连接12杆与横梁11铰接，其余连接杆12与横梁11固连。

底盘21的两侧均设有卡槽211，连接架1还包括多个曲杆13，曲杆13的第一端通过轴承18与连接杆12转动连接，曲杆13的第二端连接滚轮15，滚轮15位于卡槽211内，且能够在卡槽211内滚动。具体的，曲杆13的第一端可以直接连接在轴承18的内圈上，也可以将轴承18的内孔用圆形薄片封住，13曲杆与薄片连接。由此，可以保证路面状况采集仪2可以有一定的自由度从而紧贴地面，且两个曲杆13之间的宽度正好为路面状况采集仪2的宽度，可以保证路面状况采集仪2行驶稳定，从而保证数据准确。

参照图2，位于两端的连接杆12的外侧均连接车轮14，连接架1还包括安装部17，安装部17为设置在横梁11两端的直杆段，直杆段与设置在两端的其中一个连接杆12位于同一竖直平面上，且直杆段沿水平方向延伸。直杆段远离横梁11的一端与对应的连接杆12远离横梁11的一端之间设有弹簧减震器16，直杆段与连接杆12之间形成夹角。由此，本申请实施例采集装置在汽车运动的过程中能够更好的紧贴路面，防止由于产生较大的内力，而导致连接架12变形，也不会因为汽车的行驶因素及路面超高变化而出现数据采集失败的情况，另外路面状况采集仪2也可以直线前进，不会因为其他因素导致行驶不稳，从而使数据不准确。

参照图3，路面状况采集仪2包括底盘21，底盘21的前部居中位置连接有万向轮22，后部左右两侧分别连接后轮23。后轮23的尺寸小于万向轮22的尺寸。底盘21上设有九轴运动处理传感器24、单片机和电池26。为了使路面状况采集仪2更能接近实际绘制出路面状况，底盘21的长度和宽度均为30cm，且其前部两侧可以设置成斜面。

本申请中的九轴运动处理传感器24可以是MPU-6065及更高版本，该芯片具有灵敏度高的优点。

万向轮22包括轮子221和支架222，轮子221的轮辐上设有多个沿周向均布的通孔223，支架222上设有码盘传感器27，码盘传感器27的激光发射器和接收器均与其中一个通孔223的位置相对应。码盘传感器27采用红外发光二极管和一个NPC光电三极管组成，只要非通明物体通过槽型即可触发输出TTL低电平，所以设置中断为低电平触发模式。以下以通孔223的数量为二十八个为例进行说明。本申请中的轮子221开了二十八个通孔223，轮子221旋转一圈便射线导通二十八次，外部低电平触发二十八次，而每个格子之间对应的行驶距离是1厘米，要想知道测量路线距离直接计量低电平触发次数即可。

本申请实施例中的所有轮子的外侧均加了较软的橡胶，目的是减少仪器的震动，降低九轴运动处理传感器24的误差。

由于在观测较小区域时，需要本申请实施例中的路面状况采集仪2单独采集装置直线行驶，因此，本申请实施例采集装置的支架222上设有与底盘21的前侧面平行的连接板28，连接板28与底盘21通过螺杆25连接。由此，当需要直线行驶时，安装螺杆25，不需要直线行驶时，拆卸掉螺杆25即可。

九轴运动处理传感器24能够检测底盘21的实时纵向倾斜角度、实时横向倾斜角度和实时竖直方向位移。码盘传感器27能够检测轮子221的转动圈数。单片机能够接收轮子221的转动圈数，并根据转动圈数计算出底盘21的行程。单片机还能够接收底盘21的实时纵向倾斜角度、实时横向倾斜角度和实时竖直方向位移，并在实时纵向倾斜角度满足预设条件时，提取此时刻的实时纵向倾斜角度、实时横向倾斜角度、实时竖直方向位移和底盘21的行程，得到提取点的纵向倾斜角度、提取点的竖直方向位移、提取点的横向倾斜角度和提取点的底盘21的行程。具体的，预设条件为实时纵向倾斜角度与初始纵向倾斜角度或上一个提取点的纵向倾斜角度的差值大于预设值。

数据处理模块为计算机，数据处理模块能够根据接收到的各单片机发送的提取点的竖直方向位移和提取点的底盘的行程，得到各底盘竖直方向位移与行程之间的关系曲线并显示。由此，只需要将各底盘竖直方向位移与行程之间的关系曲线对比显示，即可直观的看到道路的平整状况及高程。

数据处理模块还能够根据接收到的各单片机发送的提取点的纵向倾斜角度和提取点的底盘的行程，得到各底盘纵向倾斜角度与行程之间的关系曲线并显示。由此，可以反映道路的纵坡情况。

数据处理模块还能够接收各单片机发送的提取点的横向倾斜角度并显示。由此，如某处道路超高，可以将不同仪器的曲线那处的Y轴角度放在一起进行比对，还能发现路面横断面变形情况。

具体的，本申请实施例采集装置中的单片机的作用是对角度和距离进行计算并整合，当纵向倾斜角度变化大于预设值1°时，进行角度读取，并读取码盘传感器27计量数，这样可以反映路面平整度，路线高程变化。当然通过这种的方法进行高程检测存在一些误差，这时就需要单片机对九轴运动处理传感器24的Z轴上的原始数据进行计算，用来检测路面高程。通过单片机对九轴运动处理传感器的Y轴原始数据计算从而得出超高。

本申请实施例采集装置的安装及使用过程如下：

第一步，将万向轮22和后轮23安装在底盘21上，然后将码盘传感器27安装在底盘21上，需要注意的是码盘传感器27的激光发射器和接收器必须和万向轮22上的通孔对齐。

第二步，将单片机和九轴运动处理传感器24安装在底盘21上，这里需要注意的是，安装九轴运动处理传感器24时，一定要保证其水平，否则会对之后的信息收集存在很大的误差。

第三步，并将码盘传感器27、电池26与单片机组合形成路面状况采集仪2，并采集路面状况采集仪2是否正常工作。路面状况采集仪2可以测量工作量少的路面，使用时，可以将螺杆25穿入连接板28和底盘21的螺纹孔内，保证其直线测量。

第四步，将连接架1固定在汽车后侧。

第五步，将组装好的多个路面状况采集仪2通过连接架1进行组装，

第六步，启动汽车，注意行驶速度不宜过快，否则会因振动导致仪器数据收集不准确。具体速度视道路线性及路面状况而定。

第七步，将单片机存储的数据导入计算机中，得到不同指标的曲线，如某处道路超高，可以将不同仪器的曲线那处的Y轴角度放在一起进行比对，还能发现路面横断面变形情况。如果想反映路线高程的变化，或者路面平整状况，可以将不同仪器的曲线放在一起进行比对。

另一方面，本申请实施例还提供了一种基于上述沥青路面状况多指标采集装置的采集方法。参照表1，以下以初始纵向倾斜角度为4°，预设值为1°进行说明，该采集方法包括以下步骤：

S1、获取底盘21的初始纵向倾斜角度4°、初始横向倾斜角度和初始竖直方向位移；

S2、九轴运动处理传感器24检测底盘21的实时纵向倾斜角度和实时竖直方向位移；

S3、码盘传感器27检测轮子221的转动圈数；

S4、单片机接收轮子221的转动圈数，并根据转动圈数计算出底盘21的行程；

S5、单片机接收底盘21的实时纵向倾斜角度和实时竖直方向位移，并在实时纵向倾斜角度与初始纵向倾斜角度或上一个提取点的纵向倾斜角度的差值大于1°时，提取该实时纵向倾斜角度、实时竖直方向位移和底盘21的行程，得到提取点的纵向倾斜角度、提取点的竖直方向位移和提取点的底盘21的行程；

S6、数据处理模块根据接收到的各单片机发送的提取点的竖直方向位移和提取点的底盘21的行程，得到各底盘21竖直方向位移与行程之间的关系曲线并显示；

S7、数据处理模块根据接收到的各单片机发送的提取点的纵向倾斜角度和提取点的底盘的行程，得到各底盘纵向倾斜角度与行程之间的关系曲线并显示。

S8、数据处理模块根据接收到的各单片机发送的提取点的横向倾斜角度并显示。

表1单片机工作内容

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种沥青路面状况多指标采集装置，其特征在于，包括数据处理模块、连接架及并排连接在所述连接架上的多个路面状况采集仪；

所述路面状况采集仪包括底盘，所述底盘的前部连接有万向轮，后部连接有两个后轮；所述底盘上设有九轴运动处理传感器、单片机和电池；所述九轴运动处理传感器能够检测所述底盘的实时纵向倾斜角度、实时横向倾斜角度和实时竖直方向位移；

所述万向轮包括轮子和支架，所述支架上设有码盘传感器，所述码盘传感器能够检测所述轮子的转动圈数；

所述单片机与所述九轴运动处理传感器和所述码盘传感器均电连接；所述单片机能够接收所述轮子的转动圈数，并根据转动圈数计算出所述底盘的行程；所述单片机能够接收所述底盘的实时纵向倾斜角度、实时横向倾斜角度和实时竖直方向位移，并在实时纵向倾斜角度满足预设条件时，提取此时刻的实时纵向倾斜角度、实时横向倾斜角度、实时竖直方向位移和底盘的行程，得到提取点的纵向倾斜角度、提取点的竖直方向位移、提取点的横向倾斜角度和提取点的底盘的行程；

数据处理模块能够根据接收到的各单片机发送的提取点的竖直方向位移和提取点的底盘的行程，得到各底盘竖直方向位移与行程之间的关系曲线并显示；

所述电池为所述单片机、所述九轴运动处理传感器和所述码盘传感器供电。

2.根据权利要求1所述的沥青路面状况多指标采集装置，其特征在于，所述预设条件为实时纵向倾斜角度与初始纵向倾斜角度或上一个提取点的纵向倾斜角度的差值大于预设值。

3.根据权利要求1所述的沥青路面状况多指标采集装置，其特征在于，所述轮子的轮辐上设有多个沿周向均布的通孔，所述码盘传感器的激光发射器和接收器均与其中一个所述通孔的位置相对应。

4.根据权利要求1所述的沥青路面状况多指标采集装置，其特征在于，所述支架上设有与所述底盘的前侧面平行的连接板，所述连接板与所述底盘通过螺杆连接。

5.根据权利要求1所述的沥青路面状况多指标采集装置，其特征在于，所述连接架包括横梁和垂直设置在所述横梁同一侧的多个连接杆，多个所述连接杆沿所述横梁的延伸方向均布，所述路面状况采集仪连接在相邻的两个连接杆之间，位于两侧的连接杆与所述横梁铰接，其余连接杆与所述横梁固连。

6.根据权利要求1所述的沥青路面状况多指标采集装置，其特征在于，所述底盘的两侧均设有卡槽，所述连接架还包括多个曲杆，所述曲杆的第一端通过轴承与所述连接杆转动连接，所述曲杆的第二端连接滚轮，所述滚轮位于所述卡槽内，且能够在所述卡槽内滚动。

7.根据权利要求5所述的沥青路面状况多指标采集装置，其特征在于，位于两端的所述连接杆的外侧均连接车轮，所述连接架还包括安装部，所述安装部为设置在所述横梁两端的直杆段，所述直杆段与设置在两端的其中一个所述连接杆位于同一竖直平面上，且所述直杆段沿水平方向延伸；所述直杆段与所述连接杆之间设有弹簧减震器。

8.根据权利要求1～7任一所述的沥青路面状况多指标采集装置，其特征在于，所述数据处理模块还能够根据接收到的各单片机发送的提取点的纵向倾斜角度和提取点的底盘的行程，得到各底盘纵向倾斜角度与行程之间的关系曲线并显示。

9.根据权利要求8所述的沥青路面状况多指标采集装置，其特征在于，所述数据处理模块还能够根据接收到的各单片机发送的提取点的横向倾斜角度并显示。

10.一种基于根据权利要求1～9任一所述沥青路面状况多指标采集装置的采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

九轴运动处理传感器检测底盘的实时纵向倾斜角度、实时横向倾斜角度和实时竖直方向位移；

码盘传感器检测轮子的转动圈数；

单片机接收所述轮子的转动圈数，并根据转动圈数计算出所述底盘的行程；

单片机接收底盘的实时纵向倾斜角度、实时横向倾斜角度和实时竖直方向位移，并在实时纵向倾斜角度满足预设条件时，提取该实时纵向倾斜角度、实时竖直方向位移和底盘的行程，得到提取点的纵向倾斜角度、提取点的竖直方向位移和提取点的底盘的行程；

数据处理模块根据接收到的各单片机发送的提取点的竖直方向位移和提取点的底盘的行程，得到各底盘竖直方向位移与行程之间的关系曲线并显示。

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