CN109112936A - 一种路面平整度精细化快速测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路面平整度精细化快速测量装置，包括计算机、与计算机无线连接的自动全站仪、第一支架、第二支架和靶标装置。所述的靶标装置包括棱镜杆。所述的棱镜杆顶部有360°棱镜，中部安装集成控制器，底端安装激光测距仪。第一根绳索一端固定在第一支架的穿绳固定环上，所述的第一根绳索另一端贴着第一支架凹槽底壁、穿过挂环、贴着第二支架凹槽底壁，最后第一绳索另一端固定在第二支架的穿绳固定环上；第二根绳索一端固定在电动马达转轴上并且另一端依次绕过第二支架上的滑轮、穿过第二支架上的穿绳孔，沿水平方向固定在360°棱镜和棱镜杆螺纹连接处。采用该结构可以精细化快速测量路面平整度。

Description

一种路面平整度精细化快速测量装置

技术领域

本发明属于工程测量器具技术领域，特别涉及一种基于测量机器人精细化快速测量路面平整度的测量装置。

背景技术

近些年来，随着我国经济的飞速发展，高速公路、机场等关乎民生的基础设施建设日新月异。而这些基础设施的路面平整度是表征路面表面的一个重要指标。路面的平整度直接影响了飞机在滑跑中的稳定性和舒适性。如果机场路面的平整度继续恶化，还会引起机件的磨损，严重时甚至危及飞行安全。由于机场的特殊性，在机场停航的短暂时间内需要高精度测出机场路面飞机起降轮印处对应的平整度，这是十分困难的，也是目前的一大难题。

现有的对路面平整度的测量方法，例如三米直尺法、累积颠簸仪、激光断面仪等，无法精确快速测量路面的平整度，且其可检测的路面波长受到限制。但若采用水准仪或者GPS测量出路面的实际高程来反映路面的平整度，虽测量精度高，但相邻两测点距离较远，无法反映路面的真实情况；若相邻两测点距离很近，则其测量速度很慢，导致在机场路面测量时无法在停航短时间内测出其平整度。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种精细化快速测量路面平整度的测量装置。

本发明是通过以下技术方案实现：

本发明一种路面平整度精细化快速测量装置，包括计算机、与计算机无线连接的自动全站仪、左右间隔设置且结构相同的第一支架、第二支架和安装在两个支架之间的靶标装置，并且所述的第一支架和第二支架均包括一个水平底板，沿竖直方向设置的垂直纵梁的底部与所述的水平底板中间部分螺纹连接，在所述的垂直纵梁的顶面中间开有一个凹槽，在靠近所述的凹槽的垂直纵梁上沿水平方向开有穿绳孔，在所述的穿绳孔上方的垂直纵梁上焊接有一个穿绳固定环，在所述的第二支架的垂直纵梁上通过支撑杆安装有改变方向用的滑轮，所述的滑轮的旋转轴线与穿绳孔的轴线高度相同，在所述的第二支架的水平底板上安装有电动马达；

所述的靶标装置包括棱镜杆，在所述的棱镜杆顶部通过螺纹连接有360°棱镜，在所述的棱镜杆中部安装有激光测距仪的集成控制器，并在底端安装有与集成控制器相连的激光测距仪，所述的集成控制器接收计算机发出的数据读取指令，采集由激光测距仪的激光发射处到路面的距离，计算机同步采集自动全站仪输出的360°棱镜中点的三维坐标数据，在所述的棱镜的顶端固定有挂环；

第一根绳索一端固定在第一支架的穿绳固定环上，所述的第一根绳索另一端贴着第一支架凹槽底壁、穿过挂环、贴着第二支架凹槽底壁，最后第一绳索另一端固定在第二支架的穿绳固定环上；

第二根绳索一端固定在电动马达转轴上并且另一端依次绕过第二支架上的滑轮、穿过第二支架上的穿绳孔，沿水平方向固定在360°棱镜和棱镜杆螺纹连接处。

本发明的有益效果是：

1、运用自身重力作用使得棱镜处于铅垂状态,无须传统的人工立杆调整棱镜的方式，既能够降低人员的劳动强度，又能提高测量的速度；

2、通过调节电动马达的频率，可以使棱镜以不同的速度匀速前进，减少棱镜前进时加速度对测量精准度的影响；

3、可以调节电动马达的频率及计算机软件采集数据的时间等，实现快速对长路面进行固定前进时间或距离所在点的高程精确测量，从而高精度地得到待测路面的起伏情况和平整度评定；

4、其检测路面波长范围不受限制。

5、具有结构简单、使用方便、测量精度高的优点。

6、可以及时发现测量过程是否满足精度要求并减少误差，最终起到了减少了线路较长的路面平整度测量的累计误差。

附图说明

图1是本发明的路面平整度精细化快速测量装置采用的支架结构示意图；

图2是本发明的路面平整度精细化快速测量装置采用的靶标装置结构示意图；

图3是本发明的路面平整度精细化快速测量装置的结构示意图；

图4是采用本装置进行测量的实施例待测路面连续划分两段的示意图；

图5是实施例第一段待测路面的闭合测试路线及测试顺序的示意图；

图6是实施例采用本发明的测量装置的安装图；

图7是实施例第二段待测路面的闭合测试路线及测试顺序的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

本发明的一种路面平整度精细化快速测量装置，包括计算机、与计算机无线连接的自动全站仪、左右间隔设置且结构相同的第一支架1、第二支架2(如图1所示)和安装在两个支架之间的靶标装置(如图2所示)，并且所述的第一支架1和第二支架2均包括一个水平底板9，沿竖直方向设置的垂直纵梁10的底部与所述的水平底板9中间部分螺纹连接，在所述的垂直纵梁10的顶面中间开有一个凹槽12，在靠近所述的凹槽12的垂直纵梁10上沿水平方向开有穿绳孔13，通常所述的穿绳孔距凹槽大约5cm处即可。在所述的穿绳孔上方的垂直纵梁10上焊接有一个穿绳固定环14，在所述的第二支架2的垂直纵梁10上通过支撑杆安装有改变方向用的滑轮15，所述的滑轮15的旋转轴线与穿绳孔13的轴线高度相同，在所述的第二支架的水平底板上安装有电动马达5。

优选的一个斜撑结构11的两端分别固定在垂直纵梁10和水平底板9上。

所述的靶标装置包括棱镜杆4，在所述的棱镜杆4顶部通过螺纹连接有360°棱镜3，在所述的棱镜杆4中部安装有激光测距仪7的集成控制器6，并在底端安装有与集成控制器通过数据线相连的激光测距仪7。所述的集成控制器6接收计算机发出的数据读取指令(可以通过蓝牙进行信号传输)，采集由激光测距仪7的激光发射处到路面的距离，计算机同步采集自动全站仪输出的360°棱镜3中点的三维坐标数据。在所述的棱镜3的顶端固定有挂环16。所述的整个装置结构示意图如图3所示。

第一根绳索8一端固定在第一支架的穿绳固定环14上，所述的第一根绳索8另一端贴着第一支架凹槽底壁、穿过挂环16、贴着第二支架凹槽底壁，最后第一绳索8另一端固定在第二支架的穿绳固定环14上。

第二根绳索8一端固定在电动马达5转轴上并且另一端依次绕过第二支架上的滑轮15、穿过第二支架上的穿绳孔13，沿水平方向固定在360°棱镜3和棱镜杆4螺纹连接处。

采用本装置进行测量方法，包括以下步骤：

步骤一、准备测量装置：

步骤二、根据自动全站仪的最大测量范围将待测直线路面连续划分为N个测量段，前一测量段的终点为下一测量段的起点，然后在每个测量段内设定由多个测量子段首尾依次相接组成的闭合测试路线，每个测量段的多个测量子段中均包含从该测量段的起点直接指向该测量段的终点的直线形测量子段；

步骤三、前后依次对每一测量段的路面平整度按照闭合水准路线高程测试方法(闭合测试路线的设定方法以及闭合水准路线高程测试方法为现有方法，参考2016年6月东南大学出版《土木工程测量》中的“闭合水准路线高程测量方法”即可)进行测量，在每个测量段路面平整度测试后，对该段的闭合水准路线高程测量结果进行误差分析(参考《土木工程测量》中的“闭合水准路线高程测量的误差分析”即可)。若该段高程测量误差结果在设定的误差范围内，则进行下一测量段路面平整度测量；否则重新调整自动全站仪对该段的路面按照闭合水准路线高程测试方法重新测量，直至满足设定的误差要求为止。设定的误差范围的选取可以根据具体工程要求确定。

对每一测量段的路面平整度采用闭合水准路线高差测试方法的测量过程为：

(1a)对每个测量段的各测量子段依次进行测量前，将所述的第一支架1的水平底板9内侧端点安放在第一个测量子段的测量起点且棱镜在第一个测量子段的测量起点正上方，第二支架2位于所用全站仪的最大测量距离之内且第二支架2的水平底板9内侧端点安放在第一个测量子段的测量终点上；

(1b)按照步骤(1a)将两个支架设置在设定位置后，对测量装置进行连接，连接方式为：

第一根绳索8一端固定在第一支架的穿绳固定环14上，将所述的第一根绳索8另一端贴着第一支架凹槽底壁、穿过挂环16、贴着第二支架凹槽底壁，最后第一绳索8另一端固定在第二支架的穿绳固定环14上。

将第二根绳索8一端固定在电动马达5转轴上并且另一端依次绕过第二支架上的滑轮15、穿过第二支架上的穿绳孔13，沿水平方向固定在360°棱镜3和棱镜杆4螺纹连接处。

(1c)将自动全站仪架设在测试道路外侧任一位置上，自动全站仪通过发射的无线信号与计算机连接。所述的自动全站仪的操作步骤按照购置全站仪附带的说明书即可；

(1d)开启电动马达，调节电动马达5频率并始终以固定的频率拉绳，使360°棱镜3沿第一个测量子段方向匀速前进；利用自动跟踪全站仪定位跟踪360°棱镜,计算机根据设定的采集数据时间间隔采集自动跟踪全站仪输出的棱镜中点的三维坐标(X_n,Y_n,Z_n)，并且计算机同步获取激光测距仪7测得的该时刻由激光测距仪激光发射处到待测路面的距离L₁，当360°棱镜到达该测量子段的测量终点时，停止电动马达和激光测距仪数据采集,所述的棱镜中点的三维坐标是在自动跟踪全站仪坐标体系下的坐标；

(1e)按照步骤(1a)将第一支架放置在下一测量子段起点，将第二支架2放置在下一测量子段终点，然后重复步骤(1d)；

(1f)重复步骤(1e)完成每个测量段的各测量子段的测量。

对每一测量段的测量结果进行误差分析的步骤如下：

(2a)根据公式(1)求取360°棱镜沿每个测量段内设定的闭合测试路线运动过程中后一时刻对应的360°棱镜中点的高度坐标与前一时刻对应的360°棱镜中点的高度坐标的相对高程差值f_hi

f_hi＝Z_i-Z_i-1 (1)

式中Z_i：第i时刻测得棱镜中点的三维坐标中的高度坐标值；

Z_i-1：第i-1时刻测得棱镜中点的三维坐标中的高度坐标值。

(2b)将该测试段中计算得到的所有相对高程差值累加，然后与对应具体工程高程测量要求的误差进行对比。

步骤四、将步骤三(1d)中每个测量段测试过程中，棱镜沿该段从起点直接指向终点的直线连线运动过程中计算机采集的棱镜中点的三维坐标全部筛选出来，然后将筛选出来的全部坐标采用闭合水准路线高差测试方法对三维坐标中的高度坐标进行修正，得到修正后棱镜中点的三维坐标(X_n,Y_n,Z′_n)(修正方法可以参考2016年6月东南大学出版《土木工程测量》中“闭合水准路线高程测量的误差分析”的方法即可)。

步骤五、根据公式(2)计算后一时刻实测地面相对与前一时刻测试地面的相对高程差h_i，

h_i＝(L+L_i-Z′_i)-(L+L_i-1-Z′_i-1) (2)

从上式(2)可以得到下式(3)：

h_i＝(L_i-Z′_i)-(L_i-1-Z′_i-1) (3)

式中Z′_i：第i时刻修正后棱镜中点的三维坐标中的高度坐标值；

Z′_i-1：第i-1时刻修正后棱镜中点的三维坐标中的高度坐标值；

L：360°棱镜中心到激光测距仪底面的距离；

L_i：对应第i时刻激光测距仪激光发射处到待测路面的距离；

L_i-1：对应第i-1时刻激光测距仪激光发射处到待测路面的距离；

步骤六、根据计算的高程差h_i判定路面平整度，判定的方法可以为：假设第一个测点A₁₁所在的高度为零式面即A₁₁测点的高度为0，根据其后紧接的测点A₁₂与A₁₁测点的程差h_i，可以画出A₁₂测点相对于A₁₁测点所处的位置，同理画出该测试路段其他各测点的位置来路面的起伏情况。此外也可以根据国际平整度测试与评价的规范计算关于路面平整度指标IRI。

Claims (2)

1.一种路面平整度精细化快速测量装置，其特征在于：包括计算机、与计算机无线连接的自动全站仪、左右间隔设置且结构相同的第一支架、第二支架和安装在两个支架之间的靶标装置，并且所述的第一支架和第二支架均包括一个水平底板，沿竖直方向设置的垂直纵梁的底部与所述的水平底板中间部分螺纹连接，在所述的垂直纵梁的顶面中间开有一个凹槽，在靠近所述的凹槽的垂直纵梁上沿水平方向开有穿绳孔，在所述的穿绳孔上方的垂直纵梁上焊接有一个穿绳固定环，在所述的第二支架的垂直纵梁上通过支撑杆安装有改变方向用的滑轮，所述的滑轮的旋转轴线与穿绳孔的轴线高度相同，在所述的第二支架的水平底板上安装有电动马达；

所述的靶标装置包括棱镜杆，在所述的棱镜杆顶部通过螺纹连接有360°棱镜，在所述的棱镜杆中部安装有激光测距仪的集成控制器，并在底端安装有与集成控制器相连的激光测距仪，所述的集成控制器接收计算机发出的数据读取指令，采集由激光测距仪的激光发射处到路面的距离，计算机同步采集自动全站仪输出的360°棱镜中点的三维坐标数据，在所述的棱镜的顶端固定有挂环；

第一根绳索一端固定在第一支架的穿绳固定环上，所述的第一根绳索另一端贴着第一支架凹槽底壁、穿过挂环、贴着第二支架凹槽底壁，最后第一绳索另一端固定在第二支架的穿绳固定环上；

第二根绳索一端固定在电动马达转轴上并且另一端依次绕过第二支架上的滑轮、穿过第二支架上的穿绳孔，沿水平方向固定在360°棱镜和棱镜杆螺纹连接处。

2.根据权利要求1所述的路面平整度精细化快速测量装置，其特征在于：一个斜撑结构的两端分别固定在垂直纵梁和水平底板上。