道路结构参数快速自动测量方法及其实现装置.pdf

本发明公开了一种道路结构参数快速自动测量方法及其实现装置。在移动平台上设置车辆姿态测量装置，测量车行驶于路面上，实时测量车辆的姿态参数，数据处理系统处理姿态数据导出道路结构参数。测量装置包括检测车体，还包括姿态角检测仪、数据处理系统、显示装置、车辆定位仪，数据处理系统分别与姿态角检测仪、显示装置、车辆定位仪相连接。本发明可及时发现路面的几何参数不符合设计规范或设计图纸的地段，及局部路段的沉降、路基变形造成的路面横坡失当等道路外形非正常变化产生的病害，可用计算机将各个断面的数据与设计值对比，自动筛选出不符合项以找出不合格路段，实现道路结构参数快速自动测量。

1、  一种道路结构参数快速自动测量方法，其步骤是：

1.  1在移动平台上设置车辆姿态测量装置；

1.  2驾驶测量车行驶于公路路面上，实时测量车辆的姿态参数，包括方位、横滚、俯仰以及定位信息；

1.  3数据处理系统处理姿态数据导出道路结构参数，包括弯道横坡半径、道路纵曲线半径、横坡倾斜角以及跳车和局部道路沉降病害。

2、  根据权利要求1所述的道路结构参数快速自动测量方法，其特征是弯道横坡半径是根据圆心角、圆心角所对的弧和半径间的几何关系推算的。

3、  根据权利要求1所述的道路结构参数快速自动测量方法，其特征是道路纵曲线半径是根据圆心角、圆心角所对的弧和半径间的几何关系推算的。

4、  根据权利要求1所述的道路结构参数快速自动测量方法，其特征是跳车和局部道路沉降病害是根据俯仰数据的小幅度抖动的拐点来确定的。

5、  一种道路结构参数快速自动测量装置，包括检测车体[1]，其特征在于它还包括姿态角检测仪[2]、数据处理系统[3]、显示装置[4]、车辆定位仪[5]，数据处理系统[3]分别与姿态角检测仪[2]、显示装置[4]、车辆定位仪[5]相连接，姿态角检测仪[2]、数据处理系统[3]、显示装置[4]、车辆定位仪[5]都在检测车体[1]内。

6、  根据权利要求5所述的道路结构参数快速自动测量装置，其特征在于：车辆姿态角检测仪[2]采用光纤陀螺、激光陀螺、光电测角仪、液位测角仪。

道路结构参数快速自动测量方法及其实现装置
一、技术领域
本发明涉及道路测量技术，特别是一种道路结构参数快速自动测量方法及其实现装置。
二、背景技术
道路的某些结构参数，如弯道横坡半径、横坡倾斜角以及纵曲线半径等，对于道路工程验收以及日常维护、管理均非常必要。这些参数的常规获得方式为用全站仪和标尺逐点测量高程，然后推算。但在工程实际中，测量工作既烦琐又困难，而且往往精度不高。
随着计算机技术、光电技术、高精度测量技术的进步，我国在道路参数测量方面有了很大的发展。如由武汉大学、武汉立得公司等单位联合开发的“基于3S集成技术的LD2000系列移动道路测量系统”，它是在机动车上装配GPS(全球定位系统)、CCD(视频系统)、INS(惯性导航系统)或航位推算系统等先进的传感器和设备，在车辆的高速行进之中，快速采集道路及道路两旁地物的空间位置数据和属性数据，如：道路中心线或边线位置坐标、目标地物的位置坐标、路(车道)宽、桥(隧道)高、交通标志、道路设施等。数据同步存储在车载计算机系统中，经事后编辑处理，形成各种有用的专题数据成果，如导航电子地图等。另外，由南京理工大学率先在国内研制成功的N-1型高速公路智能检测车以及后续产品，利用摄像机、激光传感器等可记录和检测路面病害，如各类破损、平整度和车辙等。
此外，加拿大卡尔加里大学设计了一种动态定位系统，该系统包括一台捷联式惯性系统，两台GPS接收机和一台微机，可测定已有道路的线形参数，为道路管理系统服务。美国研制了应用于城市的道路交通管理系统，该系统利用GPS和GIS建立道路数据库，在数据库中包含有各种现时的数据资料，如道路的准确位置、路面状况、沿路设施等，该系统于1995年正式运行，为城市道路交通管理起到重要作用。
但在世界范围内，目前对道路自身结构参数的快速、自动化检测系统还未见公开报道。
三、发明内容
本发明的目的在于提供一种可在不封闭道路的情况下，对每一个车道进行快速、连续、自动化结构参数测量、部分病害检测等，根本上提高上述参数的检测能力，为道路管理、维护等提供快速有效信息的道路结构参数快速自动测量方法及其实现装置。
实现本发明目的的技术解决方案为：1、一种道路结构参数快速自动测量方法，其步骤是：
1在移动平台上设置车辆姿态测量装置；
2驾驶测量车行驶于公路路面上，实时测量车辆的姿态参数，包括方位、横滚、俯仰以及定位信息；
3数据处理系统处理姿态数据导出道路结构参数，包括弯道横坡半径、道路纵曲线半径、横坡倾斜角以及跳车和局部道路沉降病害。
所述的道路结构参数快速自动测量方法，其弯道横坡半径是根据圆心角、圆心角所对的弧和半径间的几何关系推算的。
所述的道路结构参数快速自动测量方法，其道路纵曲线半径是根据圆心角、圆心角所对的弧和半径间的几何关系推算的。
所述的道路结构参数快速自动测量方法，其跳车和局部道路沉降病害是根据俯仰数据的小幅度抖动的拐点来确定的。
一种道路结构参数快速自动测量装置，包括检测车体，其特征在于它还包括姿态角检测仪、数据处理系统、显示装置、车辆定位仪，数据处理系统分别与姿态角检测仪、显示装置、车辆定位仪相连接，姿态角检测仪、数据处理系统、显示装置、车辆定位仪都在检测车体内。
所述的道路结构参数快速自动测量装置的车辆姿态角检测仪采用光纤陀螺、激光陀螺、光电测角仪、液位测角仪。
本发明的原理是：由移动检测车体(或车辆)、车辆姿态角检测仪、车辆定位仪、数据处理系统和显示装置构成，其中数据处理系统由计算机和处理程序组成，车辆姿态角检测仪安装在移动检测车体的形心处，实时向计算机提供车体的方位角、俯仰角以及横滚角；车辆定位仪向计算机实时提供道路里程信息；计算机处理程序记录存储所获信息，并根据需要计算道路结构参数；显示装置实时显示各测量数据；利用车体姿态角测量数据计算道路结构参数，如弯道横坡半径、横坡倾斜角以及公路纵曲线半径等。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
1、车辆在高速公路上高速行驶过程中，曲线运动时产生的离心会很大.不恰当的路线半径、路面横坡和急剧变化的路面纵坡，特别是在恶劣的气候条件下，都可能使车辆失去控制而产生严重的事故。
2、运用本装置可及时发现路面的几何参数不符合设计规范或设计图纸的地段，如桥头跳车、局部路段的沉降、路基变形造成的路面横坡失当等道路外形非正常变化产生的病害。同时可用计算机将各个断面的数据与设计值对比，自动筛选出不符合项以达到找出不合格路段的目的。亦可应用于道路的竣工验收工作，如在竣工验收时即用该系统收集资料，则对以后的道路外形变化的监控就更为有效和便利。
四附图说明
图1是本发明的道路结构参数快速自动测量装置的构成示意图。
图2是本发明的道路结构参数快速自动测量装置的数据处理流程图。
图3是本发明的道路结构参数快速自动测量装置的弯道横坡半径推算原理图。
图4是本发明的道路结构参数快速自动测量装置的纵曲线半径推算原理图。
五、具体实施方式
下面结合附图详细说明依据本发明提出的具体装置的细节及工作情况。
结合图1，1为检测车体；2为车辆姿态角检测仪；3为数据处理系统；4为显示装置；5为车辆定位仪。车辆姿态角检测仪2、数据处理系统3、显示装置4、车辆定位仪5都安装在测量车体1内。其中，车辆姿态角检测仪可选择各种形式的传感器如光纤陀螺、激光陀螺、光电测角仪、液位测角仪等；数据处理系统由计算机和处理程序组成。
结合图2，首先，将道路结构参数快速自动测量装置随测量车体行驶于公路路面上，实时采集数据，数据处理系统3接收由车辆姿态角检测仪2和车辆定位仪5提供的数据，然后处理得到弯道横坡半径、横坡倾斜角、纵曲线半径以及道路坑槽等参数。最后提供给显示装置4显示。其中，车辆姿态角检测仪2可提供方位、横滚、俯仰等数据。
结合图3，A、B是公路上相隔L的两数据采集点，L由车辆定位仪提供，方位角分别为α和β，α和β由车辆姿态角检测仪提供，则横坡半径 R = 180 L ( β - α ) π . ]]>
结合图4，公路纵曲线上相隔L的两采集点，L由车辆定位仪提供，它们分别和圆相切的切线与水平线的夹角为A和B，A和B由车辆姿态角检测仪提供，则纵曲线半径R＝180L/(π*(B-A))。此外，根据夹角出现的拐点可推算出路面形变，例如桥梁伸缩缝、挖补换填后造成的路面不平等。
采集点处的路面倾斜角可直接由车辆姿态角检测仪提供。
处理系统处理数据是基于连续采集数据的，即每隔固定时间采集数据一次，同时推算相应参数，再经过滤波拟合等手段减少测量误差。