CN115182221A - 一种全自动路基路面回弹弯沉测试仪及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种全自动路基路面回弹弯沉测试仪，包括摄像头、光电式静力水准仪、加速度陀螺仪传感器、激光三角测距传感器；摄像头捕捉设置在测试路段的测试开始及结束标志，用以对测试过程的自动控制；光电式静力水准仪用于对加速度陀螺仪传感器零点漂移误差的校准；加速度陀螺仪传感器将路基路面回弹弯沉变形量，转换为加速度陀螺仪传感器的水平倾角，用以计算得到路基路面的回弹弯沉值；激光三角测距传感器用于辅助回弹弯沉测试仪安装在加载车上时的水平状态校准，同时还用于采集测试路段的平整度数据，通过平整度测量结果回归修正回弹弯沉测试结果，消除测试路段平整度对回弹弯沉测量结果的影响，从而获得测试路段连续的路基路面回弹弯沉的详实数据。

Description

一种全自动路基路面回弹弯沉测试仪及测试方法

技术领域

本发明涉及公路路基路面现场测试技术领域，具体涉及一种全自动路基路面回弹弯沉测试仪。

背景技术

现有公路路基路面进行回弹弯沉测试时，多采用贝克曼梁进行手动测试，或采用自动弯沉仪进行自动测试，这两种测量方法均为机械式测量；采用贝克曼梁测试时，需要测试人员多、劳动强度大、且测试效率低；采用自动弯沉仪测试时，虽然具有测试人员少、劳动强度低、测试效率高的优点，但因其机械结构复杂，存在故障率高、调试复杂的弊端；另外，采用以上两种测试装置均只能进行数量有限的局部测试点测量，即在测试路段的测试点数量是极其有限的，是对测试路段路基路面回弹弯沉一定程度的近似反映，还无法真正可靠反映被测试路段的路基路面回弹弯沉真实状况，从而存在测试结果可靠性偏低的问题。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种全自动路基路面回弹弯沉测试仪，其内部设置了摄像头、光电式静力水准仪、加速度陀螺仪传感器、激光三角测距传感器；其中摄像头捕捉设置在测试路段的测试开始及结束标志，用以对测试过程的自动控制；其中光电式静力水准仪用于加速度陀螺仪传感器的零点漂移误差的校准，以减小实际测试误差；其中加速度陀螺仪传感器将路基路面回弹弯沉测试中的路面变形沉降量，转换为加速度陀螺仪传感器的水平倾角，通过计算得到路基路面的回弹弯沉值；其中激光三角测距传感器用于辅助回弹弯沉测试仪安装在加载车上时的水平状态校准，以减小实际测试时的误差，同时激光三角测距传感器还用于路基路面回弹弯沉测试时，路基路面的平整度测量，将路基路面回弹弯沉测试结果进行平整度影响修正，从而消除路基路面的平整度对测量结果的影响；使用本发明的全自动路基路面回弹弯沉测试仪，可得到被测试路段的路基路面回弹弯沉值的连续曲线，从而保证了公路路基路面回弹弯沉测试测试结果的可靠性。

为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种全自动路基路面回弹弯沉测试仪，包括壳体、摄像头、主控板、光电式静力水准仪、显示屏、操作键盘、激光三角测距传感器；主控板分别与摄像头、光电式静力水准仪、显示屏、操作键盘、激光三角测距传感器电性连接；主控板上设置有单片机、加速度陀螺仪传感器，单片机与加速度陀螺仪传感器电性连接；

摄像头、主控板、光电式静力水准仪、激光三角测距传感器固定设置在壳体内部底板上；底板上设有摄像头通孔、激光三角测距传感器通孔；摄像头轴线、加速度陀螺仪传感器几何中心、光电式静力水准仪轴线位于同一平面内，该平面为弯沉仪基准面；激光三角测距传感器设置有两个，固定设置在壳体左右两侧底板上，两个激光三角测距传感器的光轴线平行设置，位于平行于弯沉仪基准面的激光校准基准面内，或位于弯沉仪基准面内，两个激光三角测距传感器相对参考水平面为等高设置；显示屏、操作键盘固定设置在壳体外侧面；壳体外侧面设置有USB接口，USB接口与主控板连接；

全自动路基路面回弹弯沉测试仪测量公路路基路面回弹弯沉的原理为：通过加速度陀螺仪传感器将路基路面回弹弯沉测试中的路面变形沉降量，转换为加速度陀螺仪传感器的水平倾角，通过计算得到路基路面的回弹弯沉值；其中设置摄像头是用于捕捉设置在测试路段的测试开始及结束标志，用以对测试过程的自动控制；其中光电式静力水准仪实际是一种机械式水准仪，相对于加速度陀螺仪传感器其具有极佳的零点漂移误差，通过对其进行水平校准后，实际在全自动路基路面回弹弯沉测试仪内内设置了水平参考基准，其可将水平参考基准稳定传递至测试现场，成为加速度陀螺仪传感器在测试现场的零点漂移误差校准的基准，以减小实际测试误差；其中激光三角测距传感器在全自动路基路面回弹弯沉测试仪装配过程中，调校为其测试光通路平面与光电式静力水准仪的基准平面平行的状态，用于辅助回弹弯沉测试仪安装在加载车上时的水平状态校准，其可以消除回弹弯沉测试仪安装在加载车上进行水平状态校准时标准校准平台本身存在的水平度误差，确保回弹弯沉测试仪在水平校准后的基准平面与加载车前后轮着地点所在平面保持平行，以减小实际测试时的误差；同时激光三角测距传感器在路基路面回弹弯沉测试时，还可以测量测试路段路基路面的平整度，通过将平整度测量结果对路基路面回弹弯沉测试结果进行修正，从而消除路基路面的平整度对回弹弯沉测量结果的影响；另外通过对加速度陀螺仪传感器的加速度数据采集，可以用于计算确定加载车在实际测试过程中的行进距离。

进一步的，光电式静力水准仪、激光三角测距传感器与壳体底板之间均设置有调整垫或调整螺栓，其用于回弹弯沉测试仪装配调试过程中，确保激光三角测距传感器的测试光通路平面与光电式静力水准仪的基准平面处于平行状态。

进一步的，回弹弯沉测试仪下部设置有可调式万向水平支架；回弹弯沉测试仪使用时，万向水平支架通过固定架与符合《T0951-2008公路路基路面现场测试规程》的加载车的后轴壳固定连接；加载车后轴单侧双轮的对称面为回弹弯沉测试仪的安装基准面，弯沉仪基准面与回弹弯沉测试仪的安装基准面重合；回弹弯沉测试仪的摄像头轴线与加载车后轴轴线的水平距离设置为l。

一种全自动路基路面回弹弯沉测试仪的测试方法：

S、用白色粉笔在测试路段的起始位置及结束位置作出直线标记；将加载车停放在测试路段的起始位置，后轮设置在测试道路行车轮迹带上；

S、启动加载车，加载车后轮沿测试道路行车轮迹带行驶，行车速度为3-5km/h，限制加载车的行车速度，是防止在测试过程中加载车与测试路段产生耦合振动，影响测试结果的准确性，因此该发明的回弹弯沉测试仪尚不能用于公路路基路面的动态回弹弯沉测试；加载车行走时回弹弯沉测试仪即开始工作，加速度陀螺仪传感器持续输出行车方向的加速度信号a给单片机，单片机根据加速度信号a计算出加载车累计行驶距离；当回弹弯沉测试仪的摄像头拍摄到测试路段起始位置的白色直线标记时，单片机开始计算摄像头越过测试路段起始位置白色直线标记的距离；当摄像头越过测试路段起始位置白色直线标记的距离等于l时，加载车的后轮正好处于测试路段的起始位置，单片机控制加速度陀螺仪传感器开始持续输出沿行车方向的水平倾斜角α给单片机，单片机根据沿行车方向的水平倾斜角α及加载车前后轴轴距L，用三角函数计算出测试路段的路基路面回弹弯沉值H，原理可参见说明书附图7，其计算公式为：

H＝L*tanα (1)；

或H＝L*sinα (2)；

实际测试时，水平倾斜角α较小，正弦函数和正切函数计算结果基本相同，因此利用公式(1)或(2)均可得到正确计算结果；上述公式中其中H为测试点的回弹弯沉量；L为加载车前后轴轴距；α为加速度陀螺仪传感器(1.2.2)输出的沿行车方向的水平倾斜角；测试过程中，利用加速度陀螺仪传感器采集沿行车方向的水平倾斜角α，而不是利用光电式静力水准仪采集沿行车方向的水平倾斜角α，是因为加速度陀螺仪传感器相较光电式静力水准仪具有极高的响应速度，可高频率采集沿行车方向的水平倾斜角α，因此可以得到被测试路段的路基路面回弹弯沉真实状况；

当回弹弯沉测试仪的摄像头拍摄到测试路段结束位置的白色直线标记时，单片机开始计算摄像头越过测试路段结束位置白色直线标记的距离，当摄像头越过测试路段结束位置白色直线标记的距离等于l时，测试结束；设置上述测试结束条件的原因是确保回弹弯沉测试仪采集到的测试路段平整度数据的完整性，以便在后续数据处理中，利用测试路段平整度数据对回弹弯沉测试结果进行修正；

回弹弯沉测试仪测得的路基路面回弹弯沉值H为沿测试路段长度方向的离散值，其间隔大小有加速度陀螺仪传感器输出的沿行车方向水平倾斜角α的采样频率决定，离散的路基路面回弹弯沉值H经曲线拟合后，最终输出为测试路段路基路面回弹弯沉的连续变化曲线；因加速度陀螺仪传感器的采样频率极高，最终输出的连续变化曲线足以反应测试路段路基路面回弹弯沉变化的真实变化状况；当需要获得某个测试点的路基路面回弹弯沉值时，将该测试点距离测试路段起始位置的数值输入回弹弯沉测试仪，即可得到该测试点的路基路面回弹弯沉值。

进一步的，回弹弯沉测试仪安装固定在加载车上后，要进行安装校准；安装校准前，检查并保证加载车轮胎压力符合《T0951-2008公路路基路面现场测试规程》要求；对加载车配重，确认后轴总质量及单侧双轮载荷符合《T0951-2008公路路基路面现场测试规程》标准；安装校准在标准校准平台上完成，标准校准平台满足水平度及刚性要求：加载车停驻在标准校准平台上，调整可调式万向水平支架，使光电式静力水准仪输出处于水平状态，同时两个激光三角测距传感器独立测得距离标准校准平台的距离S1、S2，若|S1-S2|≤S，则安装校准完成；其中S1为靠近前轴的激光三角测距传感器测得距离标准校准平台的距离，其中S2为靠近后轴的激光三角测距传感器测得距离标准校准平台的距离，其中S为判定阈值；激光三角测距传感器具有极佳的测量精度，其测量可达0.01mm，但考虑到标准校准平台自身的精度影响，通常S取值为0.05mm；回弹弯沉测试仪安装固定在加载车上使用后，应定期进行安装校准；如果回弹弯沉测试仪安装固定在加载车上后，无法完成安装校准，在排除标准校准平台自身精度的原因后，则表示激光三角测距传感器的测试光通路平面与光电式静力水准仪的基准平面处于失调状态，此时回弹弯沉测试仪需返厂进行校准；对回弹弯沉测试仪进行安装校准，是防止回弹弯沉测试仪安装在测试车上后其内部光电式静力水准仪设置的水平参考基准与真实的水平参考面之间的偏差过大，从而影响实际测试精度。

进一步的，加载车进入测试现场，在正式测试前，需进行参数设置、现场校准和现场标定；

参数设置内容包括：回弹弯沉测试仪的摄像头轴线与加载车后轴轴线的水平距离l、加载车前后轴轴距L、轮胎气压、加载车配重质量、激光三角测距传感器采样频率、加速度陀螺仪传感器采样频率、平整度阈值、路表温度、沥青层厚度、测试路段信息等；参数设置内容最终将随测试结果一起输出；

现场校准的方法为：将加载车停靠在测试路段附近，关闭加载车发动机，启动回弹弯沉测试仪，通过操作键盘将光电式静力水准仪的输出值设置到加速度陀螺仪传感器中，消除加速度陀螺仪传感器的零点漂移误差；现场校准完成后，回弹弯沉测试仪始终处于开启状态；通过现场校准，实际将全自动路基路面回弹弯沉测试仪内光电式静力水准仪设置的水平参考基准转移给加速度陀螺仪传感器；

现场标定的方法为：加载车在现场校准完成后，选定若干测试点，依次读取若干个测试点的回弹弯沉测试仪测量值H_i，及若干个采用贝克曼梁测试的测量值h_i，取若干个H_i与h_i差的平均ΔH值作为回弹弯沉测试仪实际测量结果的现场修正标定值；现场标定的目的是用以消除加载车实际测试时，前轮对测试路面施压产生的回弹弯沉对测试结果造成的影响，加载车胎压偏离标准值所造成的影响，以及其他各种不可控因素对最终测试结果的综合影响；ΔH的计算公式为：

其中ΔH为现场修正标定值，H_i为回弹弯沉测试仪1的测量值，h_i为贝克曼梁的测量值，n为测试点个数，i为测试点序号；

回弹弯沉测试仪测试结果的现场标定值修正公式为：

H’＝H-ΔH (4)；

将公式(1)或(2)和(3)带入(4)中，得到回弹弯沉测试仪现场标定值修正后的路基路面回弹弯沉计算公式：

其中H’为回弹弯沉测试仪现场标定后回弹弯沉测试结果，其中角标i表示标定测试点序号；现场标定后回弹弯沉测试结果用平滑曲线拟合后即得到标定后路基路面回弹弯沉值曲线H’(x)。

进一步的，回弹弯沉测试仪测得的标定后路基路面回弹弯沉值引入平整度影响修正，平整度影响修正在测试路段路基路面回弹弯沉测试完成后，回弹弯沉测试仪自动计算完成；平整度影响修正的方法为：回弹弯沉测试仪在进行路基路面回弹弯沉测试时，回弹弯沉测试仪持续以设定频率记录加速度陀螺仪传感器采样的沿行车方向的水平倾斜角α，同步持续以设定频率记录激光三角测距传感器采样的测试路段的平整度数据，根据测试路段的平整度数据用平滑曲线拟合得到测试路段的平整度曲线；在回弹弯沉测试仪中，模拟用与加载车前后轴轴距及前后轮直径相等的几何模型，以水平状态、用前轮在测试路段的平整度曲线上滚动平移，得到后轮底部与水平线相切点的移动轨迹即为平整度修正曲线；将路基路面回弹弯沉值曲线与后轮平整度修正曲线进行算术叠加，得到平整度修正后的路基路面回弹弯沉值曲线，其计算公式为：

F(x)＝H’(x)-P(x) (7)；

其中F(x)为平整度修正后的路基路面回弹弯沉值曲线，其为回弹弯沉测试仪最终输出的测试路段路基路面回弹弯沉测试曲线；其中H’(x)为标定后路基路面回弹弯沉值曲线；其中P(x)后轮平整度修正曲线；

补充说明的是：一、采用模拟加载车在平整度曲线上滚动平移得到平整度修正曲线，是因为平整度曲线对回弹弯沉值曲线的影响在经过车轮作用后会产生平滑(如果车轮直径为零时，平滑作用消失，平整度修正曲线会与平整度曲线相同)，因此必须通过模拟加载车在平整度曲线上滚动平移得到平滑后的平整度修正曲线；二、在实际测试时，后轮平整度修正曲线通常会引入加载车修正系数K,这是因为加载车由于受到底盘悬架的影响，其并非刚性结构，因此并不会完全将平整度修正曲线反应在回弹弯沉值曲线中，另外因其无法准确计算出，只能通过实验确定后，录入回弹弯沉测试仪中。

优选的，回弹弯沉测试仪测得的标定后路基路面回弹弯沉值引入平整度影响修正，平整度影响修正在测试路段路基路面回弹弯沉测试完成后，回弹弯沉测试仪自动完成；平整度影响修正的方法为：回弹弯沉测试仪在进行路基路面回弹弯沉测试时，回弹弯沉测试仪持续以设定频率记录加速度陀螺仪传感器采样的沿行车方向的水平倾斜角α，同步持续以设定频率记录激光三角测距传感器采样的测试路段的平整度数据；回弹弯沉测试仪测试完成后，根据测试路段的平整度数据，计算出测试路段的平整度对采样点对加速度陀螺仪传感器输出水平倾斜角的影响值β，用β修正加速度陀螺仪传感器实际输出水平倾斜角α后，计算测试路段平整度修正后的路基路面回弹弯沉值F，其计算公式为：

其中L加载车前后轴轴距L，α为加速度陀螺仪传感器输出的沿行车方向的水平倾斜角，β为平整度对加速度陀螺仪传感器输出水平倾斜角的影响值，

现场修正标定值；经平整度修正后的路基路面回弹弯沉测试结果用平滑曲线拟合后，即得到平整度修正后的路基路面回弹弯沉值曲线，其为回弹弯沉测试仪最终输出的测试路段路基路面回弹弯沉测试曲线F(x)。

进一步的，路基路面回弹弯沉值测试完成后，测试数据通过USB接口导入计算机中。

进一步的，回弹弯沉测试仪需定期返厂进行校准。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明公开的一种全自动路基路面回弹弯沉测试仪，其内部设置了摄像头、光电式静力水准仪、加速度陀螺仪传感器、激光三角测距传感器；其中摄像头捕捉设置在测试路段的测试开始及结束标志，用以对测试过程的自动控制；其中光电式静力水准仪用于加速度陀螺仪传感器的零点漂移误差的校准，以减小实际测试误差；其中加速度陀螺仪传感器将路基路面回弹弯沉测试中的路面变形沉降量，转换为加速度陀螺仪传感器的水平倾角，通过计算得到路基路面的回弹弯沉值；其中激光三角测距传感器用于辅助回弹弯沉测试仪安装在加载车上时的水平状态校准，以减小实际测试时的误差，同时激光三角测距传感器还用于路基路面回弹弯沉测试时，路基路面的平整度测量，将路基路面回弹弯沉测试结果通过平整度测量进行修正，从而消除路基路面的平整度对测量结果的影响；该全自动路基路面回弹弯沉测试仪具有测试人员少、劳动强度低、测试效率高的优点，可以对测试路段进行连续测量，得到被测试路段的路基路面回弹弯沉值的连续曲线，从而可获得被测试路段路基路面回弹弯沉的详实状况，保证了公路路基路面回弹弯沉测试测试结果的可靠性。

附图说明

图1为全自动路基路面回弹弯沉测试仪外观示意图；

图2为全自动路基路面回弹弯沉测试仪内部结构示意图；

图3为全自动路基路面回弹弯沉测试仪内部布置基准设置示意图；

图4为全自动路基路面回弹弯沉测试仪与加载车连接结构侧视图；

图5为全自动路基路面回弹弯沉测试仪与加载车连接结构俯视图；

图6为全自动路基路面回弹弯沉测试仪安装校准示意图；

图7为全自动路基路面回弹弯沉测试仪测试原理示意图；

图8为平整度对路基路面回弹弯沉测试结果影响原理示意图。

图中：1、回弹弯沉测试仪；1.1、摄像头；1.2、主控板；1.2.1、单片机；1.2.2、加速度陀螺仪传感器；1.3、光电式静力水准仪；1.4、显示屏；1.5、操作键盘；1.6、激光三角测距传感器；2、可调式万向水平支架；3、固定架。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。

为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种全自动路基路面回弹弯沉测试仪，包括壳体、摄像头1.1、主控板1.2、光电式静力水准仪1.3、显示屏1.4、操作键盘1.5、激光三角测距传感器1.6；主控板1.2分别与摄像头1.1、光电式静力水准仪1.3、显示屏1.4、操作键盘1.5、激光三角测距传感器1.6电性连接；主控板1.2上设置有单片机1.2.1、加速度陀螺仪传感器1.2.2，单片机1.2.1与加速度陀螺仪传感器1.2.2电性连接；

摄像头1.1、主控板1.2、光电式静力水准仪1.3、激光三角测距传感器1.6固定设置在壳体内部底板上；底板上设有摄像头1.1通孔、激光三角测距传感器1.6通孔；摄像头1.1轴线、加速度陀螺仪传感器1.2.2几何中心、光电式静力水准仪1.3轴线位于同一平面内，该平面为弯沉仪基准面；激光三角测距传感器1.6设置有两个，固定设置在壳体左右两侧底板上，两个激光三角测距传感器1.6的光轴线位于平行于弯沉仪基准面的激光校准基准面内，两个激光三角测距传感器1.6相对参考水平面为等高设置；光电式静力水准仪1.3、激光三角测距传感器1.6与壳体底板之间均设置有调整垫或调整螺栓；显示屏1.4、操作键盘1.5固定设置在壳体外侧面；壳体外侧面设置有USB接口，USB接口与主控板1.2连接；

回弹弯沉测试仪1下部设置有可调式万向水平支架2；回弹弯沉测试仪1使用时，万向水平支架2通过固定架3与符合《T0951-2008公路路基路面现场测试规程》的加载车的后轴壳固定连接；弯沉仪基准面与回弹弯沉测试仪1的安装基准面重合；回弹弯沉测试仪1的摄像头1.1轴线与加载车后轴轴线的水平距离设置为l。

一种全自动路基路面回弹弯沉测试仪的测试方法，包括回弹弯沉测试仪1的安装校准、参数设置、现场校准、现场标定、现场测试：

安装校准在回弹弯沉测试仪1安装固定在加载车上后进行：安装校准前，检查并保证加载车轮胎压力符合《T0951-2008公路路基路面现场测试规程》要求；对加载车配重，确认后轴总质量及单侧双轮载荷符合《T0951-2008公路路基路面现场测试规程》标准；安装校准在标准校准平台上完成，标准校准平台满足水平度及刚性要求：加载车停驻在标准校准平台上，调整可调式万向水平支架2，使光电式静力水准仪1.3输出处于水平状态，同时两个激光三角测距传感器1.6独立测得距离标准校准平台的距离S1、S2，若|S1-S2|≤S，则安装校准完成，其中S1为靠近前轴的激光三角测距传感器1.6测得距离标准校准平台的距离，其中S2为靠近后轴的激光三角测距传感器1.6测得距离标准校准平台的距离，其中S为判定阈值，其取值为0.05mm；

参数设置在加载车进入测试现场，正式测试前进行：参数设置内容包括：回弹弯沉测试仪1的摄像头1.1轴线与加载车后轴轴线的水平距离l、加载车前后轴轴距L、轮胎气压、加载车配重质量、激光三角测距传感器1.6采样频率、加速度陀螺仪传感器1.2.2采样频率、平整度阈值、路表温度、沥青层厚度、测试路段信息等；参数设置通过操作键盘1.5进行；

现场校准在参数设置完成后进行：将加载车停靠在测试路段附近，现场校准时须关闭加载车发动机，通过操作键盘1.5将光电式静力水准仪1.3的输出值设置到加速度陀螺仪传感器1.2.2中，消除加速度陀螺仪传感器1.2.2的零点漂移误差；现场校准完成后，回弹弯沉测试仪1始终处于开启状态；

现场标定在现场校准完成后进行，在测试路段附近选定三个测试点，依次在三个测试点测量回弹弯沉测试仪1的测量值H_i，和贝克曼梁测试的测量值h_i，将贝克曼梁测试的测量值h_i通过操作键盘1.5输入到回弹弯沉测试仪1中，取三个H_i与h_i差的平均ΔH值作为回弹弯沉测试仪1的现场修正标定值；ΔH的计算公式为：

其中ΔH为现场修正标定值，H_i为回弹弯沉测试仪1的测量值，h_i为贝克曼梁的测量值，n为测试点个数，i为测试点序号；

现场测试：

S1、用白色粉笔在测试路段的起始位置及结束位置作出直线标记；将加载车停放在测试路段的起始位置，后轮设置在测试道路行车轮迹带上；

S2、启动加载车，加载车后轮沿测试道路行车轮迹带行驶，行车速度为4km/h；加载车行走时回弹弯沉测试仪1即开始工作，加速度陀螺仪传感器1.2.2持续输出行车方向的加速度信号a给单片机，单片机根据加速度信号a计算出加载车累计行驶距离；当回弹弯沉测试仪1的摄像头1.1拍摄到测试路段起始位置的白色直线标记时，单片机开始计算摄像头1.1越过测试路段起始位置白色直线标记的距离；当摄像头1.1越过测试路段起始位置白色直线标记的距离等于l时，加速度陀螺仪传感器1.2.2开始持续以设定频率输出沿行车方向的水平倾斜角α给单片机，单片机根据沿行车方向的水平倾斜角α及加载车前后轴轴距L，根据三角函数计算出测试路段的路基路面回弹弯沉值H，其计算公式为：

H＝L*tanα；

其中，H为测试点的回弹弯沉量；L为加载车前后轴轴距；α为加速度陀螺仪传感器1.2.2输出的沿行车方向的水平倾斜角；

将计算出的测试路段的路基路面回弹弯沉值H进行标定修正，得到标定后回弹弯沉测试结果H’，其计算公式为：

其中H’为标定后回弹弯沉测试结果；

当回弹弯沉测试仪1的摄像头1.1拍摄到测试路段结束位置的白色直线标记时，单片机开始计算摄像头1.1越过测试路段结束位置白色直线标记的距离，当摄像头1.1越过测试路段结束位置白色直线标记的距离等于l时，测试结束，得到标定后路基路面回弹弯沉值曲线H’(x)；

测试结束后，回弹弯沉测试仪1对测得的路基路面标定后回弹弯沉曲线H’(x)引入平整度影响修正；平整度影响修正的方法为：回弹弯沉测试仪1在进行路基路面回弹弯沉测试时，回弹弯沉测试仪1持续以设定频率记录加速度陀螺仪传感器1.2.2采样的沿行车方向的水平倾斜角α，同步持续以设定频率记录激光三角测距传感器1.6采样的测试路段的平整度数据，根据测试路段的平整度数据用平滑曲线拟合得到测试路段的平整度曲线；在回弹弯沉测试仪1中，模拟用与加载车前后轴轴距及前后轮直径相等的几何模型，以水平状态用前轮在测试路段的平整度曲线上滚动平移，得到后轮底部与水平线相切点的移动轨迹即为平整度修正曲线；将标定后路基路面回弹弯沉值曲线H’(x)与后轮平整度修正曲线P(x)进行算术叠加，得到平整度修正后的路基路面回弹弯沉值曲线F(x)，其计算公式为：

F(x)＝H’(x)-P(x)；

其中F(x)为平整度修正后的路基路面回弹弯沉值曲线，其为回弹弯沉测试仪1最终输出的测试路段路基路面回弹弯沉测试曲线；其中H’(x)为标定后路基路面回弹弯沉值曲线；其中P(x)后轮平整度修正曲线；

平整度修正后的路基路面回弹弯沉值曲线F(x)即为回弹弯沉测试仪1最终得到的测试结果；如果想查看某个测试点的路基路面回弹弯沉值时，将该测试点距离测试路段起始位置的数值输入回弹弯沉测试仪1，即可得到该测试点的路基路面回弹弯沉值；

路基路面回弹弯沉值测试完成后，测试数据通过USB接口导入计算机中，进行后续测试结果的进一步分析。

测试点的回弹弯沉量H的计算，也可采用如下公式H＝L*sinα进行计算。

对回弹弯沉测试仪1测得的标定后路基路面回弹弯沉值进行平整度影响修正，也可采用下述方法：回弹弯沉测试仪1在进行路基路面回弹弯沉测试时，回弹弯沉测试仪1持续以设定频率记录加速度陀螺仪传感器1.2.2采样的沿行车方向的水平倾斜角α，同步持续以设定频率记录激光三角测距传感器1.6采样的测试路段的平整度数据；回弹弯沉测试仪1测试完成后，根据测试路段的平整度数据，计算出测试路段的平整度对采样点对加速度陀螺仪传感器1.2.2输出水平倾斜角的影响值β，用β修正加速度陀螺仪传感器1.2.2实际输出水平倾斜角α，计算测试路段平整度修正后的路基路面回弹弯沉值F，其计算公式为：

其中L为加载车前后轴轴距，α为加速度陀螺仪传感器1.2.2输出的沿行车方向的水平倾斜角，β为平整度对加速度陀螺仪传感器1.2.2输出水平倾斜角的影响值，

现场修正标定值；平整度修正后的路基路面回弹弯沉测试结果用平滑曲线拟合后，即得到平整度修正后的路基路面回弹弯沉值曲线，其为回弹弯沉测试仪1最终输出的测试路段路基路面回弹弯沉测试曲线F(x)。

如果回弹弯沉测试仪1安装固定在加载车上后，无法完成安装校准，则回弹弯沉测试仪1需返厂进行校准；回弹弯沉测试仪1还需定期返厂进行校准。

本发明未详述部分为现有技术。

Claims (10)

1.一种全自动路基路面回弹弯沉测试仪，其特征是：包括壳体、摄像头(1.1)、主控板(1.2)、光电式静力水准仪(1.3)、显示屏(1.4)、操作键盘(1.5)、激光三角测距传感器(1.6)；主控板(1.2)分别与摄像头(1.1)、光电式静力水准仪(1.3)、显示屏(1.4)、操作键盘(1.5)、激光三角测距传感器(1.6)电性连接；主控板(1.2)上设置有单片机(1.2.1)、加速度陀螺仪传感器(1.2.2)，单片机(1.2.1)与加速度陀螺仪传感器(1.2.2)电性连接；

摄像头(1.1)、主控板(1.2)、光电式静力水准仪(1.3)、激光三角测距传感器(1.6)固定设置在壳体内部底板上；底板上设有摄像头(1.1)通孔、激光三角测距传感器(1.6)通孔；摄像头(1.1)轴线、加速度陀螺仪传感器(1.2.2)几何中心、光电式静力水准仪(1.3)轴线位于同一平面内，该平面为弯沉仪基准面；激光三角测距传感器(1.6)设置有两个，固定设置在壳体左右两侧底板上，两个激光三角测距传感器(1.6)的光轴线平行设置，位于平行于弯沉仪基准面的激光校准基准面内，两个激光三角测距传感器(1.6)相对参考水平面为等高设置；

显示屏(1.4)、操作键盘(1.5)固定设置在壳体外侧面；壳体外侧面设置有USB接口，USB接口与主控板(1.2)连接。

2.根据权利要求1所述全自动路基路面回弹弯沉测试仪，其特征是：光电式静力水准仪(1.3)、激光三角测距传感器(1.6)与壳体底板之间均设置有调整垫或调整螺栓。

3.根据权利要求2所述全自动路基路面回弹弯沉测试仪，其特征是：回弹弯沉测试仪(1)下部设置有可调式万向水平支架(2)；回弹弯沉测试仪(1)使用时，万向水平支架(2)通过固定架(3)与符合《T0951-2008公路路基路面现场测试规程》的加载车的后轴壳固定连接；加载车后轴单侧双轮的对称面为回弹弯沉测试仪(1)的安装基准面，弯沉仪基准面与回弹弯沉测试仪(1)的安装基准面重合；回弹弯沉测试仪(1)的摄像头(1.1)轴线与加载车后轴轴线的水平距离设置为l。

4.基于权利要求3所述全自动路基路面回弹弯沉测试仪的测试方法，其特征是：

S1、用白色粉笔在测试路段的起始位置及结束位置作出直线标记；将加载车停放在测试路段的起始位置，后轮设置在测试道路行车轮迹带上；

S2、启动加载车，加载车后轮沿测试道路行车轮迹带行驶，行车速度为3-5km/h；加载车行走时回弹弯沉测试仪(1)即开始工作，加速度陀螺仪传感器(1.2.2)持续输出行车方向的加速度信号a给单片机，单片机根据加速度信号a计算出加载车累计行驶距离；当回弹弯沉测试仪(1)的摄像头(1.1)拍摄到测试路段起始位置的白色直线标记时，单片机开始计算摄像头(1.1)越过测试路段起始位置白色直线标记的距离；当摄像头(1.1)越过测试路段起始位置白色直线标记的距离等于l时，加速度陀螺仪传感器(1.2.2)开始持续输出沿行车方向的水平倾斜角α给单片机，单片机根据沿行车方向的水平倾斜角α及加载车前后轴轴距L，用三角函数计算出测试路段的路基路面回弹弯沉值H，其计算公式为：

H＝L*tanα (1)；

或H＝L*sinα (2)；

其中，H为测试点的回弹弯沉量；L为加载车前后轴轴距；α为加速度陀螺仪传感器(1.2.2)输出的沿行车方向的水平倾斜角；

当回弹弯沉测试仪(1)的摄像头(1.1)拍摄到测试路段结束位置的白色直线标记时，单片机开始计算摄像头(1.1)越过测试路段结束位置白色直线标记的距离，当摄像头(1.1)越过测试路段结束位置白色直线标记的距离等于l时，测试结束；

回弹弯沉测试仪(1)测得的路基路面回弹弯沉值H为沿测试路段长度方向的离散值，其间隔大小有加速度陀螺仪传感器(1.2.2)输出的沿行车方向水平倾斜角α的采样频率决定，离散的路基路面回弹弯沉值H经曲线拟合后，最终输出为测试路段路基路面回弹弯沉的连续变化曲线；当需要获得测试点的路基路面回弹弯沉值时，将测试点距离测试路段起始位置的数值输入回弹弯沉测试仪(1)，即可得到测试点的路基路面回弹弯沉值。

5.根据权利要求4所述全自动路基路面回弹弯沉测试仪的测试方法，其特征是：回弹弯沉测试仪(1)安装固定在加载车上后，要进行安装校准；安装校准前，检查并保证加载车轮胎压力符合《T0951-2008公路路基路面现场测试规程》要求；对加载车配重，确认后轴总质量及单侧双轮载荷符合《T0951-2008公路路基路面现场测试规程》标准；安装校准在标准校准平台上完成，标准校准平台满足水平度及刚性要求：加载车停驻在标准校准平台上，调整可调式万向水平支架(2)，使光电式静力水准仪(1.3)输出处于水平状态，同时两个激光三角测距传感器(1.6)独立测得距离标准校准平台的距离S1、S2，若|S1-S2|≤S，则安装校准完成，其中S1为靠近前轴的激光三角测距传感器(1.6)测得距离标准校准平台的距离，其中S2为靠近后轴的激光三角测距传感器(1.6)测得距离标准校准平台的距离，其中S为判定阈值；回弹弯沉测试仪(1)安装固定在加载车上使用后，应定期进行安装校准；

如果回弹弯沉测试仪(1)安装固定在加载车上后，无法完成安装校准，则回弹弯沉测试仪(1)需返厂进行校准。

6.根据权利要求4所述全自动路基路面回弹弯沉测试仪的测试方法，其特征是：加载车进入测试现场，在正式测试前，需进行参数设置、现场校准和现场标定；

参数设置内容包括：回弹弯沉测试仪(1)的摄像头(1.1)轴线与加载车后轴轴线的水平距离l、加载车前后轴轴距L、轮胎气压、加载车配重质量、激光三角测距传感器(1.6)采样频率、加速度陀螺仪传感器(1.2.2)采样频率、平整度阈值、路表温度、沥青层厚度、测试路段信息等内容；

现场校准的方法为：将加载车停靠在测试路段附近，关闭加载车发动机，启动回弹弯沉测试仪(1)，通过操作键盘(1.5)将光电式静力水准仪(1.3)的输出值设置到加速度陀螺仪传感器(1.2.2)中，消除加速度陀螺仪传感器(1.2.2)的零点漂移误差；现场校准完成后，回弹弯沉测试仪(1)始终处于开启状态；

现场标定的方法为：加载车在现场校准完成后，选定若干测试点，依次读取若干个测试点的回弹弯沉测试仪(1)测量值H_i，及若干个采用贝克曼梁测试的测量值h_i，取若干个H_i与h_i差的平均ΔH值作为回弹弯沉测试仪(1)的现场修正标定值；ΔH的计算公式为：

其中ΔH为现场修正标定值，H_i为回弹弯沉测试仪1的测量值，h_i为贝克曼梁的测量值，n为测试点个数，i为测试点序号；

回弹弯沉测试仪(1)测试结果需经现场标定值修正，其标定值修正公式为：

H’＝H-ΔH (4)；

将公式(1)或(2)和(3)带入(4)中，得到回弹弯沉测试仪(1)现场标定值修正后的路基路面回弹弯沉计算公式：

其中H’为回弹弯沉测试仪(1)现场标定后回弹弯沉测试结果，该结果为标定后路基路面回弹弯沉测试值；若干采样点现场标定后回弹弯沉测试值用平滑曲线拟合后即得到标定后路基路面回弹弯沉值曲线H’(x)。

7.根据权利要求6所述全自动路基路面回弹弯沉测试仪的测试方法，其特征是：回弹弯沉测试仪(1)测得的标定后路基路面回弹弯沉曲线需引入平整度影响修正，平整度影响修正在测试路段路基路面回弹弯沉测试完成后，由回弹弯沉测试仪(1)自动计算完成；平整度影响修正的方法为：回弹弯沉测试仪(1)在进行路基路面回弹弯沉测试时，回弹弯沉测试仪(1)持续以设定频率记录加速度陀螺仪传感器(1.2.2)采样的沿行车方向的水平倾斜角α，同步持续以设定频率记录激光三角测距传感器(1.6)采样的测试路段的平整度数据，根据测试路段的平整度数据用平滑曲线拟合得到测试路段的平整度曲线；在回弹弯沉测试仪(1)中，模拟用与加载车前后轴轴距及前后轮直径相等的几何模型，以水平状态用前轮在测试路段的平整度曲线上滚动平移，得到后轮底部与水平线相切点的移动轨迹即为平整度修正曲线；将标定后路基路面回弹弯沉值曲线与后轮平整度修正曲线进行算术叠加，得到平整度修正后的路基路面回弹弯沉值曲线，其计算公式为：

F(x)＝H’(x)-P(x) (7)；

其中F(x)为平整度修正后的路基路面回弹弯沉值曲线，其为回弹弯沉测试仪(1)最终输出的测试路段路基路面回弹弯沉测试曲线；其中H’(x)为标定后路基路面回弹弯沉值曲线；其中P(x)后轮平整度修正曲线。

8.根据权利要求6所述全自动路基路面回弹弯沉测试仪的测试方法，其特征是：回弹弯沉测试仪(1)测得的标定后路基路面回弹弯沉测试值引入平整度影响修正，平整度影响修正在测试路段路基路面回弹弯沉测试完成后，由回弹弯沉测试仪(1)自动计算完成；平整度影响修正的方法为：回弹弯沉测试仪(1)在进行路基路面回弹弯沉测试时，回弹弯沉测试仪(1)持续以设定频率记录加速度陀螺仪传感器(1.2.2)采样的沿行车方向的水平倾斜角α，同步持续以设定频率记录激光三角测距传感器(1.6)采样的测试路段的平整度数据；回弹弯沉测试仪(1)测试完成后，根据测试路段的平整度数据，计算出测试路段的平整度对采样点对加速度陀螺仪传感器(1.2.2)输出水平倾斜角的影响值β，用β修正加速度陀螺仪传感器(1.2.2)实际输出水平倾斜角α后，计算测试路段平整度修正后的路基路面回弹弯沉值F，其计算公式为：

其中L加载车前后轴轴距L，α为加速度陀螺仪传感器(1.2.2)输出的沿行车方向的水平倾斜角，β为平整度对加速度陀螺仪传感器(1.2.2)输出水平倾斜角的影响值，

现场修正标定值；若干采样点平整度修正后的路基路面回弹弯沉测试结果用平滑曲线拟合后，即得到平整度修正后的路基路面回弹弯沉值曲线，其为回弹弯沉测试仪(1)最终输出的测试路段路基路面回弹弯沉测试曲线F(x)。

9.根据权利要求4所述全自动路基路面回弹弯沉测试仪的测试方法，其特征是：

路基路面回弹弯沉值测试完成后，测试数据通过USB接口导入计算机中。

10.根据权利要求5所述全自动路基路面回弹弯沉测试仪的测试方法，其特征是：回弹弯沉测试仪(1)需定期返厂进行校准。

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