RU2820228C1 - Device for determination of road surface evenness - Google Patents
Device for determination of road surface evenness Download PDFInfo
- Publication number
- RU2820228C1 RU2820228C1 RU2023127396A RU2023127396A RU2820228C1 RU 2820228 C1 RU2820228 C1 RU 2820228C1 RU 2023127396 A RU2023127396 A RU 2023127396A RU 2023127396 A RU2023127396 A RU 2023127396A RU 2820228 C1 RU2820228 C1 RU 2820228C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- computer
- correction unit
- sensor
- Prior art date
Links
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 11
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 230000010365 information processing Effects 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Настоящее устройство относится к измерительной технике, в частности, к определению продольной ровности покрытия автомобильных дорог с использованием подвижных объектов или транспортных средств, передвигающихся по проезжей части автомобильной дороги, и может быть использовано, в том числе при определении ровности поверхности аэродромного покрытия.This device relates to measuring technology, in particular, to determining the longitudinal flatness of road pavements using moving objects or vehicles moving along the roadway, and can be used, including in determining the flatness of the surface of an airfield pavement.
Из существующего уровня техники известно устройство, представляющее собой гироскопическую инерционную систему измерения пространственного положения, построенную на базе гидродинамических гироскопов (патент РФ №2274831, опубл. 20.04.2006). Устройство предназначено для исследования рельефа поверхности автомобильных дорог вдоль направления перемещения основания с жестко закрепленным на нем измерительным комплексом, включающим два гидродинамических гироскопа и блок преобразования информации с этих приборов. Один из указанных гироскопов стандартный, а другой с аксиальным смещением центра масс чувствительного элемента. При исследовании рельефа перемещают основание с измерительным комплексом вдоль контролируемого рельефа и фиксируют сигналы с него, а также скорость и текущее время движения основания. По изменению угла тангажа оценивают «волнообразность» рельефа в направлении движения основания, а по изменению угла крена - возвышение одной половины основания над другой. По изменению ускорения, перпендикулярного направлению движения основания, оценивают отклонения рельефа перпендикулярные направлению движения основания.From the existing level of technology, a device is known that is a gyroscopic inertial system for measuring spatial position, built on the basis of hydrodynamic gyroscopes (RF patent No. 2274831, published on April 20, 2006). The device is designed to study the surface topography of highways along the direction of movement of the base with a measuring complex rigidly attached to it, including two hydrodynamic gyroscopes and a unit for converting information from these devices. One of these gyroscopes is standard, and the other with an axial displacement of the center of mass of the sensitive element. When studying the relief, the base with the measuring complex is moved along the controlled relief and signals from it are recorded, as well as the speed and current time of movement of the base. By changing the pitch angle, the “undulation” of the relief in the direction of movement of the base is assessed, and by changing the roll angle, the elevation of one half of the base above the other is assessed. Based on the change in acceleration perpendicular to the direction of movement of the base, relief deviations perpendicular to the direction of movement of the base are assessed.
К недостаткам данного устройства следует отнести сложность реализации технического решения и определения ровности в соответствии с нормативными требованиями, так как требуется наличие двух гироскопических систем и обеспечение синхронизации их работы.The disadvantages of this device include the difficulty of implementing a technical solution and determining evenness in accordance with regulatory requirements, since it requires the presence of two gyroscopic systems and ensuring synchronization of their operation.
Известен также динамический преобразователь профиля дорожной поверхности (патент РФ №9649, опубл. 16.04.1999), предназначенный для определения технико-эксплуатационных показателей ровности поверхности дорожных участков и автомобильных дорог. Динамический преобразователь профиля дорожной поверхности, содержащий колесо с упругой шиной и связанную с его осью внутреннюю ферму с закрепленным на ней прижимающим грузом, горизонтальный подпружиненный маятник с магнитным демпфером и датчиком перемещения, установленным на другом конце внутренней фермы, рессорную пружину и амортизатор, наружную ферму, связанную с внутренней фермой перемычкой на шариковых подшипниках, при этом ось привеса горизонтального маятника совмещена с перемычкой, а рессорная пружина с установленным в ней амортизатором с одной стороны закреплена на наружной ферме, а другой стороной опирается на внутреннюю ферму.A dynamic converter of the road surface profile is also known (RF patent No. 9649, published on April 16, 1999), designed to determine the technical and operational indicators of the evenness of the surface of road sections and highways. A dynamic converter of a road surface profile, containing a wheel with an elastic tire and an internal truss connected to its axis with a pressing load attached to it, a horizontal spring-loaded pendulum with a magnetic damper and a displacement sensor installed at the other end of the internal truss, a spring spring and a shock absorber, an external truss, connected to the inner truss by a jumper on ball bearings, while the weight axis of the horizontal pendulum is combined with the jumper, and the spring spring with a shock absorber installed in it is fixed on the outer truss on one side, and rests on the inner truss on the other side.
Недостатком известного устройства является большая погрешность в оценке ровности поверхности покрытия автомобильной дороги. На точность измерений оказывает изменение скорости движения, изменение жесткости рессор и давления в шинах, при этом интегральный показатель результатов измерения ровности (мм/м; см/км) не обеспечивает определения важнейших характеристик - амплитуды неровности и ее длины, необходимых при анализе причин образования неровности и их классификации (микропрофиль, короткие и длинные неровности).The disadvantage of the known device is the large error in assessing the evenness of the road surface. The accuracy of measurements is affected by changes in driving speed, changes in spring stiffness and tire pressure, while the integral indicator of the results of measuring evenness (mm/m; cm/km) does not provide the determination of the most important characteristics - the amplitude of the unevenness and its length, which are necessary when analyzing the causes of the formation of unevenness and their classifications (microprofile, short and long irregularities).
Наиболее близким (прототипом) к заявляемому является устройство для оценки ровности поверхности аэродромного покрытия (патент РФ №2373323, опубл. 20.11.2009), предназначенное для проведения микронивелирования и оценки ровности искусственных покрытий, содержащее динамический преобразователь профиля и программно-вычислительный комплекс, при этом динамический преобразователь профиля содержит датчик ровности и измерительное колесо, а программно-вычислительный комплекс - компьютер с программой обработки информации и базой данных оценки ровности поверхности аэродромного покрытия, а также принтер, при этом выход компьютера подключают к принтеру, в динамический преобразователь профиля дополнительно введены микроконтроллер, приемник спутниковой навигационной системы, пульт управления, инкрементный датчик, датчики вибрации и шума, блок памяти, жидкокристаллический дисплей и регулировка тарирования устройства, при этом вход/выход микроконтроллера подключают к блоку памяти, измерительное колесо через инкрементный датчик подключают к первому входу микроконтроллера, а второй-шестой входы микроконтроллера соединяют соответственно с выходами датчика ровности, приемника спутниковой навигационной системы, пульта управления и датчиков вибрации и шума, при этом выход микроконтроллера подключают к входу жидкокристаллического дисплея; регулировкой тарирования показания датчика ровности устанавливают в нулевое положение относительно горизонта; с окончанием микронивелирования поверхности аэродромного покрытия блок памяти отключают от микроконтроллера и подключают к входу компьютера программно-вычислительного комплекса, где в соответствии с программным обеспечением осуществляют оценку ровности аэродромного покрытия и составляют базу данных оценки ровности поверхности аэродромного покрытия, при этом оценку ровности поверхности определяют по высотным отметкам рельефа поверхности, которые вычисляют по формуле: где j - порядковый номер точки микронивелирования поверхности; γ - угол продольного микронивелирования поверхности, град; hj - высота отметки рельефа, мм; hj-1 - предшествующая высота отметки рельефа, мм; L - шаг микронивелирования поверхности, мм. Чувствительным элементом при микронивелировании поверхности взлетно-посадочной полосы является датчик ровности. В качестве датчика ровности (датчика угла наклона) используется высокоточный прецизионный маятниковый электролитический инклинометр. Датчик ровности измеряет угол наклона в плоскости горизонта. Выходной сигнал - последовательный цифровой код. Датчик ровности снабжен регулировкой тарирования - установки угла наклона относительно горизонта. Для определения шага микронивелирования используется импульсный (пошаговый) инкрементный датчик, который размещается на измерительном колесе тележки. Инкрементный датчик формирует импульсы, соответствующие углу вращения измерительного колеса. Диск инкрементного датчика разделен на точно позиционированные отметки. Количество отметок определяет количество импульсов за один оборот колеса. Сбором информации и работой динамического преобразователя управляет микроконтроллер в соответствии с его программным обеспечением.The closest (prototype) to the claimed one is a device for assessing the flatness of an airfield pavement surface (RF patent No. 2373323, published on November 20, 2009), intended for micro-levelling and assessing the flatness of artificial pavements, containing a dynamic profile converter and a software-computing complex, while the dynamic profile converter contains a flatness sensor and a measuring wheel, and the software-computing complex contains a computer with an information processing program and a database for assessing the flatness of the surface of an airfield pavement, as well as a printer, while the computer output is connected to the printer, a microcontroller is additionally introduced into the dynamic profile converter, satellite navigation system receiver, control panel, incremental sensor, vibration and noise sensors, memory unit, liquid crystal display and device calibration adjustment, while the input/output of the microcontroller is connected to the memory unit, the measuring wheel is connected through the incremental sensor to the first input of the microcontroller, and the second - the sixth inputs of the microcontroller are connected, respectively, to the outputs of the levelness sensor, satellite navigation system receiver, control panel and vibration and noise sensors, while the microcontroller output is connected to the input of the liquid crystal display; by adjusting the calibration, the readings of the evenness sensor are set to the zero position relative to the horizon; upon completion of micro-levelling of the airfield pavement surface, the memory block is disconnected from the microcontroller and connected to the computer input of the software-computing complex, where, in accordance with the software, the evenness of the airfield pavement is assessed and a database is compiled for assessing the evenness of the airfield pavement surface, while the assessment of the surface evenness is determined by high-altitude surface relief marks, which are calculated using the formula: where j is the serial number of the surface microleveling point; γ - angle of longitudinal microleveling of the surface, degrees; h j - height of the relief mark, mm; h j-1 - previous height of the relief mark, mm; L - surface microleveling step, mm. The sensitive element when micro-leveling the runway surface is the levelness sensor. A high-precision pendulum electrolytic inclinometer is used as a flatness sensor (tilt angle sensor). The levelness sensor measures the angle of inclination in the horizontal plane. The output signal is a serial digital code. The levelness sensor is equipped with a calibration adjustment - setting the angle of inclination relative to the horizon. To determine the micro-leveling step, a pulse (step-by-step) incremental sensor is used, which is placed on the measuring wheel of the cart. The incremental encoder generates pulses corresponding to the angle of rotation of the measuring wheel. The incremental encoder disk is divided into precisely positioned marks. The number of marks determines the number of pulses per wheel revolution. The collection of information and the operation of the dynamic converter is controlled by a microcontroller in accordance with its software.
К недостаткам прототипа следует отнести влияние на инклинометр линейных ускорений и соответственно необходимость обеспечения равномерного движения по искусственному покрытию взлетно-посадочной полосы или автомобильной дороги, что невозможно, особенно на дорогах с интенсивным движением. Применение спутниковых приемников геодезического класса не обеспечивает компенсацию линейных ускорений из-за рассогласования данных безинерционного спутникового приемника ГНСС и инерциальной системы (инклинометра), на которую оказывает влияние с некоторой задержкой линейное ускорение при движении по дороге. В целом данное техническое решение является достаточно сложным и не обеспечивает необходимую точность измерений и производительность геодезических работ.The disadvantages of the prototype include the influence of linear accelerations on the inclinometer and, accordingly, the need to ensure uniform movement on the artificial surface of a runway or highway, which is impossible, especially on roads with heavy traffic. The use of geodetic class satellite receivers does not provide compensation for linear accelerations due to the mismatch between the data of the inertia-free GNSS satellite receiver and the inertial system (inclinometer), which is influenced with some delay by linear acceleration when driving along the road. In general, this technical solution is quite complex and does not provide the necessary measurement accuracy and productivity of geodetic work.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является повышение точности процесса измерений неровностей за счет исключения влияния на результаты измерений линейных ускорений подвижного объекта.The technical problem to be solved by the inventive device is to increase the accuracy of the process of measuring irregularities by eliminating the influence of linear accelerations of a moving object on the measurement results.
Данная задача достигается за счет того, что устройство для определения показателя «ровность» покрытия автомобильных дорог, состоящее из датчика продольного угла наклона, измерительного колеса, с закрепленным на последнем датчиком пройденного пути (одометром), и программно-вычислительного комплекса, содержащего компьютер с программой обработки информации и базу данных оценки ровности поверхности покрытия, размещенные на подвижном объекте, дополнительно содержит блок коррекции, а указанный датчик продольного угла наклона представляет собой волоконно-оптический гироскоп, жестко связанный с блоком коррекции, оси чувствительности которых ориентированы вдоль направления движения ходовой тележки и совпадают с ее продольной осью, при этом волоконно-оптический гироскоп по каналам связи первым выходом связан с первым входом компьютера, который вторым входом/выходом по каналам связи связан с первым входом/выходом блока коррекции, через канал связи второй вход блока коррекции связан с первым выходом датчика пройденного пути, который через второй выход связан с третьим входом компьютера. Блок коррекции содержит акселерометр, установленный на вращающейся платформе с угломерным прибором типа «квадрант» для согласования его углового положения с гироскопом и продольной осью подвижного объекта. Управление работой устройства выполняется с компьютера в соответствии с алгоритмом программно-вычислительного комплекса.This task is achieved due to the fact that a device for determining the “flatness” of road surfaces, consisting of a longitudinal angle sensor, a measuring wheel, with a distance sensor (odometer) attached to the last one, and a software-computing complex containing a computer with a program information processing and a database for assessing the evenness of the coating surface, located on the moving object, additionally contains a correction block, and the specified longitudinal angle sensor is a fiber-optic gyroscope rigidly connected to the correction block, the sensitivity axes of which are oriented along the direction of movement of the undercarriage and coincide with its longitudinal axis, while the fiber-optic gyroscope is connected via communication channels with the first output to the first input of the computer, which is connected via the second input/output via communication channels to the first input/output of the correction unit, through the communication channel the second input of the correction unit is connected to the first output a distance sensor, which is connected through the second output to the third input of the computer. The correction unit contains an accelerometer mounted on a rotating platform with a quadrant-type goniometric device to coordinate its angular position with the gyroscope and the longitudinal axis of the moving object. The operation of the device is controlled from a computer in accordance with the algorithm of the software and computing complex.
Сущность предлагаемого устройства для определения ровности покрытия автомобильных дорог поясняется чертежами: где на фиг. 1 представлен общий вид устройства; на фиг. 2 приведена структурная схема устройства; на фиг. 3 показана геометрическая сущность определения амплитуды неровности по превышениям в трех точках относительно условного горизонта.The essence of the proposed device for determining the evenness of road surfaces is illustrated by drawings: where in Fig. 1 shows a general view of the device; in fig. 2 shows a block diagram of the device; in fig. Figure 3 shows the geometric essence of determining the amplitude of unevenness based on elevations at three points relative to the conventional horizon.
Предлагаемое устройство для определения ровности покрытия автомобильных дорог, содержит ходовую тележку (подвижный объект) 1, имеющую три колеса, измерительное (переднее) 2, с закрепленным на нем датчиком пройденного пути (одометром) 3 и два задних, волоконно-оптический гироскоп 4, представляющий собой датчик продольного угла наклона ходовой тележки, блок коррекции 5, предназначенный для компенсации ухода оси гироскопа и определения фактического продольного угла наклона ходовой тележки в статике (до начала движения), компьютер 6, предназначенный для управления работой устройства и обработки данных, установленные на ходовой тележке 1, при этом волоконно-оптический гироскоп 4 по каналам связи первым выходом связан с первым входом компьютера 6, который вторым входом/выходом по каналам связи связан с первым входом/выходом блока коррекции 5, через канал связи второй вход блока коррекции связан с первым выходом датчика пройденного пути 3, который через второй выход связан с третьим входом компьютера. Датчик продольного угла наклона подвижного объекта 4, жестко связан с блоком коррекции 5, оси чувствительности которых ориентированы вдоль направления движения ходовой тележки и совпадают с ее продольной осью. Блок коррекции 5 включает акселерометр, установленный на вращающуюся платформу для угловой ориентации и систему согласования углового положения (вращающаяся платформа с угломерным прибором типа «квадрант») с гироскопом и продольной осью ходовой тележки для обеспечения нулевого рассогласования осей чувствительности гироскопа, блока коррекции и продольной оси ходовой тележки.The proposed device for determining the evenness of road surfaces contains a running trolley (moving object) 1, having three wheels, a measuring (front) 2, with a distance sensor (odometer) 3 attached to it and two rear ones, a fiber-optic gyroscope 4, representing consists of a sensor for the longitudinal angle of inclination of the undercarriage, a correction unit 5, designed to compensate for the drift of the gyroscope axis and determine the actual longitudinal angle of inclination of the undercarriage in static conditions (before the start of movement), a computer 6, designed to control the operation of the device and process data, installed on the undercarriage 1, while the fiber-optic gyroscope 4 is connected via communication channels with the first output to the first input of the computer 6, which is connected via the second input/output via communication channels to the first input/output of the correction block 5, via the communication channel the second input of the correction block is connected to the first output distance sensor 3, which is connected through the second output to the third input of the computer. The longitudinal angle sensor of the moving object 4 is rigidly connected to the correction unit 5, the sensitivity axes of which are oriented along the direction of movement of the undercarriage and coincide with its longitudinal axis. Correction unit 5 includes an accelerometer installed on a rotating platform for angular orientation and an angular position matching system (a rotating platform with a quadrant-type goniometric device) with a gyroscope and the longitudinal axis of the undercarriage to ensure zero mismatch of the sensitivity axes of the gyroscope, the correction unit and the longitudinal axis of the undercarriage carts.
Волоконно-оптический гироскоп (ВОГ) 4, в основе работы которого лежит реализация интерферометра Саньяка, не имеет механических движущихся частей и его масштабный коэффициент не зависит от механического ускорения, на них не действует динамика движения подвижного объекта.Fiber-optic gyroscope (FOG) 4, the operation of which is based on the implementation of the Sagnac interferometer, has no mechanical moving parts and its scale factor does not depend on mechanical acceleration; they are not affected by the dynamics of the motion of a moving object.
Передвижение ходовой тележки 1 по участку работ осуществляют с помощью автомобиля или ручным приводом при транспортировке человеком (фиг. 1). Датчик пути (одометр) 3, конструктивно размещенный на мерном колесе 2, позволяет определять количество оборотов колеса и единичных приращений отрезков пути по формуле:The movement of the running trolley 1 around the work site is carried out using a car or manually when transported by a person (Fig. 1). The path sensor (odometer) 3, structurally placed on the measuring wheel 2, allows you to determine the number of wheel revolutions and unit increments of path segments using the formula:
где D - длина окружности колеса, m - количество единичных отрезков (частей) разбивки его окружности.where D is the circumference of the wheel, m is the number of unit segments (parts) of the breakdown of its circumference.
Устройство работает следующим образом: по сигналу управления с компьютера 6 запускается волоконно-оптический гироскоп (ВОГ) 4 и определяет ориентацию оси в инерциальном пространстве, измеренные значения угла наклона по каналам связи с его первого выхода поступают на первый вход компьютера 6 (фиг. 2). При движении ходовой тележки 1 на третий вход компьютера по линиям связи также поступает информация со второго выхода датчика пути 3. При этом сигнал движения с первого выхода датчика пути 3 поступает в блок коррекции 5 и коррекция отключается. Поступившая на компьютер 6 информация (продольный угол наклона) с первого выхода ВОГ 4 и текущее расстояние обрабатывается, и при этом рассчитываются значения текущих превышений (микропрофиля) покрытия автомобильной дороги по формуле:The device operates as follows: based on a control signal from computer 6, the fiber-optic gyroscope (FOG) 4 is launched and determines the orientation of the axis in inertial space, the measured values of the inclination angle via communication channels from its first output are sent to the first input of computer 6 (Fig. 2) . When the undercarriage 1 moves, the third input of the computer also receives information from the second output of the path sensor 3 via communication lines. In this case, the motion signal from the first output of the path sensor 3 enters the correction block 5 and the correction is turned off. The information received by computer 6 (longitudinal angle of inclination) from the first output of FOG 4 and the current distance is processed, and the values of the current excesses (microprofile) of the road surface are calculated using the formula:
где n - количество приращений пути; i - номер точки, для которой определяется превышение; ΔL - единичное приращение пути, мм; γ - текущий продольный угол наклона тележки 1, град.where n is the number of path increments; i - number of the point for which the excess is determined; ΔL - unit increment of path, mm; γ - current longitudinal angle of inclination of trolley 1, degrees.
При перемещении ходовой тележки 1 по покрытию автомобильной дороги в течение заданного интервала (в зависимости от точности ВОГ 4, например, 15 мин, что соответствует 3-5 км пути), положение оси ВОГ 4 изменяется в инерциальном пространстве, и она отклоняется от горизонта на величину 0,1-0,5 угловых градуса. Ходовая тележка 1 останавливается, по сигналу управления с первого выхода датчика пути 3 включается блок коррекции 5, который (в момент остановки ходовой тележки 1) через второй вход получает сигнал на коррекцию, при этом измеряется фактический уклон продольной оси ходовой тележки и передаются данные на второй вход компьютера 6, волоконно-оптический гироскоп (ВОГ) 4 запускается и определяет ориентацию оси в инерциальном пространстве, измеренные значения по каналам связи с его первого выхода поступают на первый вход компьютера 6 (фиг.2). Информация (продольный угол наклона) с ВОГ 4 и блока коррекции 5 с использованием программно-вычислительного комплекса компьютера 6 обрабатывается и в соответствии с алгоритмом расчета, вычисляется угловое рассогласование, которое является поправкой в величину продольного уклона ВОГ 4. По полученным результатам в компьютере 6 корректируется величина продольного угла наклона ВОГ 4, таким образом, чтобы величина продольного уклона ходовой тележки 1 (в статике) не отличалась от данных с блока коррекции (данных с акселерометра). Для коррекции скорости ухода оси ВОГ 4, рассчитывается масштабный коэффициент по формуле:When the undercarriage 1 moves along the road surface during a given interval (depending on the accuracy of the FOG 4, for example, 15 minutes, which corresponds to 3-5 km), the position of the FOG 4 axis changes in inertial space, and it deviates from the horizon by a value of 0.1-0.5 angular degrees. The undercarriage 1 stops, according to the control signal from the first output of the path sensor 3, the correction unit 5 is turned on, which (at the moment the undercarriage 1 stops) receives a signal for correction through the second input, while the actual slope of the longitudinal axis of the undercarriage is measured and the data is transmitted to the second computer input 6, fiber-optic gyroscope (FOG) 4 is launched and determines the orientation of the axis in inertial space, the measured values via communication channels from its first output are sent to the first input of computer 6 (Fig. 2). Information (longitudinal angle of inclination) from the FOG 4 and the correction unit 5 using the software and computing complex of the computer 6 is processed and, in accordance with the calculation algorithm, the angular mismatch is calculated, which is an amendment to the value of the longitudinal slope of the FOG 4. Based on the results obtained, the computer 6 is corrected the value of the longitudinal slope of the FOG 4, so that the value of the longitudinal slope of the undercarriage 1 (in static conditions) does not differ from the data from the correction unit (data from the accelerometer). To correct the speed of departure of the FOG 4 axis, the scale factor is calculated using the formula:
где Δу - уход оси гироскопа, град; Т - время движения по автомобильной дороге, час. Масштабный коэффициент обеспечивает минимизацию скорости ухода и позволяет сохранять заданный интервал времени движения между остановками.where Δу is the drift of the gyroscope axis, degrees; T - time of movement on the road, hour. The scale factor ensures minimization of the speed of departure and allows you to maintain a specified interval of movement time between stops.
Амплитуды неровности δi, мм, для каждого измерительного интервала L рассчитывают по формуле [ГОСТ Р 56925-2016 Дороги автомобильные и аэродромы. Методы измерения неровностей оснований и покрытий]:Roughness amplitudes δi , mm, for each measuring interval L are calculated using the formula [GOST R 56925-2016 Roads and airfields. Methods for measuring unevenness of bases and coatings]:
где i - номер точки, для которой определяется отклонение (амплитуда неровности); hi-k, hi+k - условные превышения начальной и конечной точек заданного измерительного интервала L, м; i-k, i+k - порядковый номер предыдущей и последующей точки; hi - псевдо превышение точки, для которой определяют амплитуда неровности, м; Δi - поправка, учитывающая кривизну дороги, при наличии вертикальной кривой с известным радиусом, мм. Значение Δi определяется по формуле:where i is the number of the point for which the deviation is determined (the amplitude of the unevenness); h ik , h i+k - conditional excesses of the starting and ending points of a given measuring interval L, m; ik, i+k - serial number of the previous and subsequent points; h i - pseudo elevation of the point for which the amplitude of the unevenness is determined, m; Δ i - correction taking into account the curvature of the road, in the presence of a vertical curve with a known radius, mm. The value of Δ i is determined by the formula:
где L - длина измерительного интервала пути (10, 20, 40 м) для расчета поправки, мм; R - радиус вертикальной кривой (известная из проекта величина), м.where L is the length of the measuring path interval (10, 20, 40 m) for calculating the correction, mm; R - radius of the vertical curve (value known from the project), m.
Схема расчета амплитуды неровности относительно условного горизонта (при наличии ухода оси гироскопа) покрытия автомобильной дороги представлена на фиг. 3. При скорости ухода оси гироскопа 0,5 градуса в час максимальное отклонение от горизонта составит на измерительных интервалах (например, 10, 20, 40 м) - 10 угл. сек., с учетом равномерности ухода на коротких отрезках времени, например, на максимальном измерительном интервале L пути до 40 м погрешность определения амплитуды не превысит 1-2 мм. В течение заданного времени Т между интервалами коррекции данная точность будет обеспечиваться. Кратковременная остановка через интервал, например 10 мин (3 км пути при скорости 20 км/ч), обеспечит необходимую корректировку оси ВОГ 4 и компенсацию углового рассогласования оси ВОГ и блока коррекции. Далее процесс последовательно повторяют на последующих измерительных интервалах пути.The diagram for calculating the amplitude of the unevenness relative to the conventional horizon (in the presence of a drift of the gyroscope axis) of the road surface is shown in Fig. 3. At a rate of drift of the gyroscope axis of 0.5 degrees per hour, the maximum deviation from the horizon will be 10 arc at measuring intervals (for example, 10, 20, 40 m). sec., taking into account the uniformity of departure over short periods of time, for example, at the maximum measuring interval L of the path up to 40 m, the error in determining the amplitude will not exceed 1-2 mm. During the specified time T between correction intervals, this accuracy will be ensured. A short stop at an interval, for example 10 minutes (3 km at a speed of 20 km/h), will provide the necessary adjustment of the FOG 4 axis and compensation for the angular mismatch between the FOG axis and the correction unit. Then the process is sequentially repeated at subsequent measuring intervals of the path.
Определение показателя «ровность» состоит из двух составляющих: непосредственного измерения и вычисления амплитуды и длины неровности, жестко связанных с линейной координатой, и оценки соответствия значений амплитуд и длин неровностей нормативным требованиям. Вторая составляющая не влияет на точность и качество измерений, поэтому является отдельной задачей, при решении которой из полученных значений амплитуд неровностей 6, с заданным «шагом» определения на интервалах пути (10, 20, 40 м) формируется массив данных, в котором каждому значению амплитуды неровности соответствует свое значение линейной координаты, необходимые для последующей обработки и оценки качества покрытия в соответствии с категорией автомобильной дороги и нормативными требованиями для автомобильных дорог и аэродромов путем сравнения фактических значений амплитуды неровности δi с допусками для данной измерительной базы и категории дороги (СП 34.13330.2012).The determination of the “evenness” indicator consists of two components: direct measurement and calculation of the amplitude and length of irregularities, strictly related to the linear coordinate, and assessment of the compliance of the amplitudes and lengths of irregularities with regulatory requirements. The second component does not affect the accuracy and quality of measurements, therefore it is a separate task, in which, from the obtained values of the amplitudes of irregularities 6, with a given “step” of determination at path intervals (10, 20, 40 m), a data array is formed in which each value the amplitude of the unevenness corresponds to its linear coordinate value, necessary for subsequent processing and assessment of the quality of the pavement in accordance with the category of the road and regulatory requirements for highways and airfields by comparing the actual values of the amplitude of the unevenness δi with the tolerances for a given measuring base and category of the road (SP 34.13330 .2012).
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение точности измерений неровностей покрытий автомобильных дорог за счет исключения влияния линейных ускорений при использовании в качестве датчика продольных уклонов волоконно-оптического гироскопа и системы коррекции скорости ухода оси гироскопа через заданный интервал времени при остановке подвижного объекта. Расчет амплитуды неровности выполняется путем измерений продольных уклонов в процессе движения относительно условного горизонта (обусловленного некомпенсированным уходом оси гироскопа) и последовательного вычисления превышений (микропрофиля) по продольному уклону подвижного объекта и приращению пройденного пути с использованием известных алгоритмов на отрезке пути, так называемого псевдогоризонта (условного горизонта) при отключенных устройствах непрерывной коррекции на всех заданных интервалах времени и получением в конечном итоге значений амплитуд неровностей покрытия автомобильной дороги с высокой точностью. При выполнении измерений устройство не требует опорной геодезической сети и других ориентиров или точек с известными координатами, так как измерения относительные (превышения между точками).The technical result provided by the above set of features is to increase the accuracy of measuring unevenness of road surfaces by eliminating the influence of linear accelerations when using a fiber-optic gyroscope as a longitudinal slope sensor and a system for correcting the rate of departure of the gyroscope axis at a given time interval when a moving object stops. Calculation of the amplitude of the unevenness is carried out by measuring longitudinal slopes during movement relative to the conditional horizon (due to the uncompensated drift of the gyroscope axis) and sequentially calculating the excesses (microprofile) along the longitudinal slope of the moving object and the increment of the distance traveled using known algorithms on a section of the path, the so-called pseudo-horizon (conditional horizon) with continuous correction devices turned off at all specified time intervals and ultimately obtaining the amplitude values of road surface irregularities with high accuracy. When performing measurements, the device does not require a reference geodetic network and other landmarks or points with known coordinates, since the measurements are relative (excesses between points).
В заявляемом устройстве, в сравнении с прототипом, решена задача исключения влияния линейных ускорений на точность измерений путем использования для измерений превышений в течение определенного времени, так называемого псевдогоризонта (условного горизонта) при отключенном блоке коррекции, с последующей дискретной коррекцией результатов измерений и получением в конечном итоге значений амплитуд неровностей покрытия автомобильной дороги с высокой точностью.In the claimed device, in comparison with the prototype, the problem of eliminating the influence of linear accelerations on the accuracy of measurements is solved by using the so-called pseudo-horizon (conditional horizon) for measuring excesses for a certain time with the correction unit turned off, followed by discrete correction of the measurement results and obtaining the final as a result of the amplitude values of road surface irregularities with high accuracy.
Устройство может быть использовано для любых типов покрытий автомобильных дорог и аэродромов на этапах строительства, реконструкции, ремонта и эксплуатации.The device can be used for any type of road and airfield surfaces at the stages of construction, reconstruction, repair and operation.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2820228C1 true RU2820228C1 (en) | 2024-05-31 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1303827A1 (en) * | 1984-07-19 | 1987-04-15 | Сибирский Научно-Исследовательский Институт Геологии,Геофизики И Минерального Сырья | Device for measuring distance covered by automobile |
| RU9649U1 (en) * | 1998-07-15 | 1999-04-16 | Научно-исследовательский институт материалов и конструкций МАДИ (ТУ) | DYNAMIC SURFACE PROFILE CONVERTER |
| US5912635A (en) * | 1995-09-14 | 1999-06-15 | Visteon Technologies, Inc. | Method and apparatus for calibration of a distance sensor in a vehicle navigation system |
| RU2373323C1 (en) * | 2008-04-07 | 2009-11-20 | Анатолий Васильевич Низовой | Device for assessment of aerodrome coat surface evenness |
| RU166664U1 (en) * | 2016-03-21 | 2016-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) | DEVICE FOR DETERMINING SPATIAL PARAMETERS OF OBJECTS OF RAILWAY INFRASTRUCTURE |
| CN109282832B (en) * | 2018-09-30 | 2020-10-02 | 重庆自行者科技有限公司 | Self-adaptive calibration method and system of inertia-assisted odometer suitable for special road surface |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1303827A1 (en) * | 1984-07-19 | 1987-04-15 | Сибирский Научно-Исследовательский Институт Геологии,Геофизики И Минерального Сырья | Device for measuring distance covered by automobile |
| US5912635A (en) * | 1995-09-14 | 1999-06-15 | Visteon Technologies, Inc. | Method and apparatus for calibration of a distance sensor in a vehicle navigation system |
| RU9649U1 (en) * | 1998-07-15 | 1999-04-16 | Научно-исследовательский институт материалов и конструкций МАДИ (ТУ) | DYNAMIC SURFACE PROFILE CONVERTER |
| RU2373323C1 (en) * | 2008-04-07 | 2009-11-20 | Анатолий Васильевич Низовой | Device for assessment of aerodrome coat surface evenness |
| RU166664U1 (en) * | 2016-03-21 | 2016-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) | DEVICE FOR DETERMINING SPATIAL PARAMETERS OF OBJECTS OF RAILWAY INFRASTRUCTURE |
| CN109282832B (en) * | 2018-09-30 | 2020-10-02 | 重庆自行者科技有限公司 | Self-adaptive calibration method and system of inertia-assisted odometer suitable for special road surface |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| U 2037779 C1, 20.06.1995. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0575327B1 (en) | A method and an apparatus for measuring curvature and crossfall of ground surfaces | |
| USRE49844E1 (en) | Continuous high resolution surface profiling apparatus and method | |
| US8352189B2 (en) | Method for generating high resolution surface topology map using surface profiling and surveying instrumentation | |
| CN104929024B (en) | Road surface evenness detector and road surface evenness measuring method | |
| CN109870173A (en) | A kind of track correct method of the submarine pipeline inertial navigation system based on checkpoint | |
| CN103644843B (en) | Rail transit vehicle motion attitude detection method and application thereof | |
| CN110542417A (en) | gyroscope linear measurement method and system based on static and dynamic inclinometer correction | |
| CN102261033A (en) | Inertial measurement unit (IMU) based motion compensation algorithm of vehicular pavement detection system | |
| CN110657788B (en) | Dynamic detection method for smoothness of crane track | |
| CN103644888A (en) | Inertial reference measurement method for detecting bridge deformation | |
| RU2820228C1 (en) | Device for determination of road surface evenness | |
| KR20110109614A (en) | Method and device of correcting the measured angle of inclination of a plan where a vehicle travels | |
| CN102252691A (en) | Measuring method of automobile tyre correction coefficient | |
| CN110333523A (en) | A kind of railway line three-dimensional data generation method for RTG automatically walk system | |
| KR101240578B1 (en) | Method and device of measuring the angle of inclination of a plan where a vehicle travels | |
| RU2373323C1 (en) | Device for assessment of aerodrome coat surface evenness | |
| CN109112936B (en) | Road surface flatness becomes more meticulous quick measuring device | |
| JP4386985B2 (en) | In-vehicle measuring device for road surface extension | |
| RU166664U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING SPATIAL PARAMETERS OF OBJECTS OF RAILWAY INFRASTRUCTURE | |
| CN104390587B (en) | Linear detection method based on rigid carrier running orbit analytical algorithm and device | |
| CN102927926B (en) | Dynamic correcting method of linear measurement system based on fiber-optic gyroscope | |
| CN113503896A (en) | Mileage calibration method of railway measuring trolley based on positioning system | |
| KR20160080879A (en) | Curvature calculation device and curvature correction method | |
| Niu et al. | Return of inertial surveying—Trend or illusion? | |
| CN112523044A (en) | Method and device for measuring road surface bumping degree based on unidirectional displacement sensing |