基于角度的動(dòng)態(tài)彎沉獲取方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于角度的動(dòng)態(tài)彎沉獲取方法，包括以下步驟：步驟1、分別測(cè)量對(duì)應(yīng)路面測(cè)點(diǎn)相對(duì)于多普勒測(cè)速儀在多普勒測(cè)速儀軸心線方向上的運(yùn)動(dòng)速度、多普勒測(cè)速儀共同的旋轉(zhuǎn)角速度、動(dòng)態(tài)檢測(cè)設(shè)備沿所述檢測(cè)車的行車方向的運(yùn)動(dòng)速度；步驟2、獲取負(fù)載橫梁因旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的負(fù)載橫梁與路面的夾角；步驟3、獲取所述彎沉盆內(nèi)的多個(gè)多普勒測(cè)速儀對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的路面變形速度；步驟4、建立相應(yīng)的彎沉盆斜率方程組；步驟5、通過求解所述彎沉盆斜率方程組，得到彎沉盆斜率方程參數(shù)，從而獲取所述彎沉路段的動(dòng)態(tài)彎沉值。本發(fā)明可在高頻率測(cè)點(diǎn)、多種間距采樣情況下，提供連續(xù)的動(dòng)態(tài)彎沉測(cè)量結(jié)果，對(duì)路段的綜合評(píng)估更加準(zhǔn)確可信。
【專利說明】基于角度的動(dòng)態(tài)彎沉獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于公路路基路面無損檢測(cè)和評(píng)價(jià)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種基于角度的動(dòng)態(tài)彎沉獲取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]路面彎沉的檢測(cè)是評(píng)價(jià)路面承載力的基礎(chǔ)，對(duì)于工程質(zhì)量的控制和檢驗(yàn)至關(guān)重要，此外，它還決定著路網(wǎng)養(yǎng)護(hù)決策的科學(xué)化水平和可信度，直接影響?zhàn)B護(hù)資金分配和舊路改造設(shè)計(jì)的合理性。雖然世界各國測(cè)試彎沉的設(shè)備和方法有所不同，但對(duì)彎沉基本概念的理解是相同的。彎沉定義一般是指路基或路面表面在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)車的荷載作用下輪隙位置產(chǎn)生的總垂直變形值(總彎沉)或垂直回彈變形值(回彈彎沉)，以0.0lmm為單位。
[0003]路面結(jié)構(gòu)承載力的合理定義為:路面結(jié)構(gòu)在達(dá)到不能接受的結(jié)構(gòu)性破壞或功能性破壞之前，所能承受的一定類型車輛的通過次數(shù)。一般認(rèn)為，浙青路面開裂造成的結(jié)構(gòu)性破壞主要與面層材料中的最大拉應(yīng)力或最大拉應(yīng)變有關(guān)，路面出現(xiàn)車轍或者平整度降低造成的功能性破壞主要與基層或路基散粒體材料中的最大壓應(yīng)力或最大壓應(yīng)變有關(guān)。
[0004]我國柔性路面設(shè)計(jì)是以回彈模量作為設(shè)計(jì)參數(shù)，以彎沉作為力學(xué)控制指標(biāo)。其力學(xué)定義為模型在豎向力作用下的表面豎向位移分量，即路基路面在荷載作用下，頂面發(fā)生的垂直變形。雖然大量實(shí)踐和研究資料表面，路基彎沉與其承載力并不存在簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，但彎沉還是從某種程度上反映了路基路面的承載能力。如果彎沉值過大，其變形也就越大，路面各層也就容易破裂。
[0005]目前我國路面檢測(cè)仍主要依賴上世紀(jì)60年代從加拿大引進(jìn)的貝克曼梁路面彎沉測(cè)定法，采用人工讀數(shù)、徒手記錄的方式，測(cè)速慢、精度低、可靠性差。近來也有采用高精度的激光測(cè)距傳感器直接測(cè)量路面的彎沉變形量，由于道路表面紋理的復(fù)雜，此方法只能靜態(tài)條件，不適合動(dòng)態(tài)條件下測(cè)量。
[0006]路面結(jié)構(gòu)的承載能力主要取決于其應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，以貝克曼梁觀測(cè)到的彎沉來評(píng)價(jià)路面承載能力存在明顯的不合理性。20世紀(jì)80年代以來，隨著落錘式彎沉儀逐步得到廣泛應(yīng)用，根據(jù)彎沉盆信息反算路面結(jié)構(gòu)層模量、進(jìn)而評(píng)價(jià)路面承載能力在國際上受到普遍重視，并顯示出高新技術(shù)帶來的巨大經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。然而據(jù)了解，我國絕大部分FWD用戶單位沒有配套的分析軟件，F(xiàn)WD也僅作為一種高精度的彎沉測(cè)量?jī)x器在使用，沒有發(fā)揮出其應(yīng)有的作用。
[0007]交通部公路研究所研制的JG-2005型激光自動(dòng)彎沉儀，用于進(jìn)行路面強(qiáng)度指標(biāo)檢測(cè)，它的工作原理與貝克曼梁的工作原理是相同的，都是利用杠桿原理，通過杠桿的位移來測(cè)量路面的變形。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的主要目的是提供一種基于角度的動(dòng)態(tài)彎沉獲取方法，該方法能夠針對(duì)動(dòng)態(tài)測(cè)量的路面變形速度，快速、準(zhǔn)確地計(jì)算出路面動(dòng)態(tài)彎沉值。[0009]為解決現(xiàn)有技術(shù)中的“測(cè)速慢、精度低、可靠性差”等技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種基于角度的動(dòng)態(tài)彎沉獲取方法，包括以下步驟:
[0010]步驟1、當(dāng)安裝在檢測(cè)車上的動(dòng)態(tài)彎沉檢測(cè)設(shè)備隨著檢測(cè)車行進(jìn)到需要檢測(cè)的彎沉路段時(shí)，位于彎沉盆外的參考多普勒測(cè)速儀和位于彎沉盆內(nèi)的多個(gè)多普勒測(cè)速儀分別測(cè)量對(duì)應(yīng)路面測(cè)點(diǎn)相對(duì)于多普勒測(cè)速儀在多普勒測(cè)速儀軸心線方向上的運(yùn)動(dòng)速度，動(dòng)態(tài)彎沉檢測(cè)設(shè)備的負(fù)載橫梁上的角速度傳感器測(cè)量所述多普勒測(cè)速儀共同的旋轉(zhuǎn)角速度，動(dòng)態(tài)彎沉檢測(cè)設(shè)備上的速度傳感器測(cè)量動(dòng)態(tài)檢測(cè)設(shè)備沿所述檢測(cè)車的行車方向的運(yùn)動(dòng)速度；
[0011]步驟2、根據(jù)在步驟I中測(cè)量的旋轉(zhuǎn)角速度、所述動(dòng)態(tài)檢測(cè)設(shè)備沿行車方向的運(yùn)動(dòng)速度、所述參考多普勒測(cè)速儀的測(cè)量值、以及所述參考多普勒測(cè)速儀的安裝角度，獲取負(fù)載橫梁因旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的負(fù)載橫梁與路面的夾角；
[0012]步驟3、根據(jù)所述位于彎沉盆內(nèi)的多個(gè)多普勒測(cè)速儀的測(cè)量值、在步驟I中測(cè)量的旋轉(zhuǎn)角速度、所述位于彎沉盆內(nèi)的多個(gè)多普勒測(cè)的安裝角度、在步驟2中獲取的所述負(fù)載橫梁與路面的夾角、所述動(dòng)態(tài)檢測(cè)設(shè)備沿行車方向的運(yùn)動(dòng)速度，獲取所述彎沉盆內(nèi)的多個(gè)多普勒測(cè)速儀對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的路面變形速度；
[0013]步驟4、根據(jù)彎沉盆曲線斜率方程，以在步驟3所獲取的對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的路面變形速度作為輸入，建立相應(yīng)的彎沉盆斜率方程組；
[0014]步驟5、通過求解所述彎沉盆斜率方程組，得到彎沉盆斜率方程參數(shù)，從而獲取所述彎沉路段的動(dòng)態(tài)彎沉值。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:
[0016]現(xiàn)有技術(shù)為靜態(tài)采集，無法滿足高速檢測(cè)的要求，而本發(fā)明支持高速檢測(cè)情況下路面動(dòng)態(tài)彎沉的快速、準(zhǔn)確計(jì)算，使得高速檢測(cè)方法得以完整應(yīng)用，擺脫了現(xiàn)有技術(shù)效率低下的弱點(diǎn)，快速高效測(cè)量彎沉值，節(jié)約人力物力?，F(xiàn)有技術(shù)為單點(diǎn)采集，無法滿足高頻率的要求，而本發(fā)明可在高頻率測(cè)點(diǎn)、多種間距采樣情況下，提供連續(xù)的動(dòng)態(tài)彎沉測(cè)量結(jié)果，對(duì)路段的綜合評(píng)估更加準(zhǔn)確可信。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體說明。
[0018]圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的路面變形速度測(cè)量原理圖。
[0019]圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的依據(jù)路面平整度實(shí)現(xiàn)計(jì)算單元自適應(yīng)動(dòng)態(tài)分段的示意圖。
[0020]圖3為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的多普勒測(cè)速儀任意時(shí)刻與路面的夾角的示意圖。
[0021]圖4為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的動(dòng)態(tài)彎沉獲取方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)將會(huì)隨著描述而更為清楚。
[0023]首先，先概述本發(fā)明的基本原理。
[0024]本發(fā)明利用安裝在彎沉盆外的參考多普勒測(cè)速儀等相關(guān)數(shù)據(jù)，獲取任意時(shí)刻負(fù)載橫梁因旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的與路面夾角，再得到彎沉盆內(nèi)多普勒測(cè)速儀任意時(shí)刻與垂直路面方向的夾角，從而準(zhǔn)確獲得任意時(shí)刻多普勒測(cè)速儀的水平速度、多普勒測(cè)速儀的旋轉(zhuǎn)線速度對(duì)單個(gè)多普勒測(cè)速儀測(cè)量值的影響，從而得到各多普勒測(cè)速儀中的路面變形速度，再通過路面變形速度與多普勒測(cè)速儀載體沿路面方向的水平運(yùn)動(dòng)速度之比得到彎沉盆斜率，再利用彎沉盆斜率得到彎沉盆曲線的參數(shù)，進(jìn)而得到路面的動(dòng)態(tài)彎沉值。另外，本發(fā)明在計(jì)算動(dòng)態(tài)彎沉的過程中，可結(jié)合路況信息，對(duì)檢測(cè)路段采集數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)計(jì)算單元的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)分段；考慮路基材質(zhì)、路面層厚、路面溫度、測(cè)量速度、車轍、平整度等對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，通過知識(shí)庫模型對(duì)路面變形速度、彎沉值進(jìn)行修正，從而得到與測(cè)量溫度、測(cè)量速度無關(guān)的動(dòng)態(tài)彎沉值。
[0025]所述對(duì)檢測(cè)路段采集數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)計(jì)算單元的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)分段，是指以檢測(cè)路段的路況信息為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算單元的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)分段，所述路況信息包括路段里程、路面平整度、路面車轍、路面層厚、路基材質(zhì)等，所述自適應(yīng)動(dòng)態(tài)分段的準(zhǔn)則為每個(gè)單元都是與本單元“相似”的元素又與相鄰單元“不相似”的連續(xù)元素集合。
[0026]所述計(jì)算單元，是指對(duì)連續(xù)檢測(cè)的路段數(shù)據(jù)進(jìn)行分段，將分段后的各段數(shù)據(jù)作為
一個(gè)計(jì)算單元。
[0027]所述多普勒測(cè)速儀載體的自運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償過程中，在彎沉盆外，通過安裝一臺(tái)與測(cè)量路面變形速度共梁的參考多普勒測(cè)速儀，因?yàn)榇硕嗥绽諟y(cè)速儀中測(cè)得的速度不含有路面變形速度，故將該多普勒測(cè)速儀測(cè)得的值作為參考值，
[0028]輔助消除彎沉盆內(nèi)多普勒測(cè)速儀測(cè)量的速度噪聲。
[0029]所述任意時(shí)刻多普勒測(cè)速儀載體因旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的多普勒測(cè)速儀載體與路面的夾角計(jì)算公式如式(I)所示，其中β表示任意時(shí)刻多普勒測(cè)速儀載體因旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的多普勒測(cè)速儀載體與路面夾角，Vdev ref表示彎沉盆外參考多普勒測(cè)速儀測(cè)量的路面相對(duì)參考多普勒測(cè)速儀載體在參考多普勒測(cè)速儀軸心線方向上的速度，Vrot ref表示參考多普勒測(cè)速儀的旋轉(zhuǎn)線速度，VhOT表示多普勒測(cè)速儀載體`沿行車方向的運(yùn)動(dòng)速度，aMf表示彎沉盆外的參考多普勒測(cè)速儀與鉛垂線的安裝角度。
【權(quán)利要求】
1.一種基于角度的動(dòng)態(tài)彎沉獲取方法，包括以下步驟: 步驟1、當(dāng)安裝在檢測(cè)車上的動(dòng)態(tài)彎沉檢測(cè)設(shè)備隨著檢測(cè)車行進(jìn)到需要檢測(cè)的彎沉路段時(shí)，位于彎沉盆外的參考多普勒測(cè)速儀和位于彎沉盆內(nèi)的多個(gè)多普勒測(cè)速儀分別測(cè)量對(duì)應(yīng)路面測(cè)點(diǎn)相對(duì)于多普勒測(cè)速儀在多普勒測(cè)速儀軸心線方向上的運(yùn)動(dòng)速度，動(dòng)態(tài)彎沉檢測(cè)設(shè)備的負(fù)載橫梁上的角速度傳感器測(cè)量所述多普勒測(cè)速儀共同的旋轉(zhuǎn)角速度，動(dòng)態(tài)彎沉檢測(cè)設(shè)備上的速度傳感器測(cè)量動(dòng)態(tài)檢測(cè)設(shè)備沿所述檢測(cè)設(shè)備的行車方向的運(yùn)動(dòng)速度； 步驟2、根據(jù)在步驟I中測(cè)量的旋轉(zhuǎn)角速度、所述動(dòng)態(tài)檢測(cè)設(shè)備沿行車方向的運(yùn)動(dòng)速度、所述參考多普勒測(cè)速儀的測(cè)量值、以及所述參考多普勒測(cè)速儀的安裝角度，獲取負(fù)載橫梁因旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的負(fù)載橫梁與路面的夾角； 步驟3、根據(jù)所述位于彎沉盆內(nèi)的多個(gè)多普勒測(cè)速儀的測(cè)量值、在步驟I中測(cè)量的旋轉(zhuǎn)角速度、所述位于彎沉盆內(nèi)的多個(gè)多普勒測(cè)的安裝角度、在步驟2中獲取的所述負(fù)載橫梁與路面的夾角、所述動(dòng)態(tài)檢測(cè)設(shè)備沿行車方向的運(yùn)動(dòng)速度，獲取所述彎沉盆內(nèi)的多個(gè)多普勒測(cè)速儀對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的路面變形速度； 步驟4、根據(jù)彎沉盆曲線斜率方程，以在步驟3所獲取的對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的路面變形速度作為輸入，建立相應(yīng)的彎沉盆斜率方程組； 步驟5、通過求解所述彎沉盆斜率方程組，得到彎沉盆斜率方程參數(shù)，從而獲取所述彎沉路段的動(dòng)態(tài)彎沉值。
2.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)彎沉獲取方法，其中，在步驟I之后，還包括以下步驟: 步驟1-1、對(duì)檢測(cè)路段采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算單元的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)分段， 其中，根據(jù)檢測(cè)路段的路況信息，將路況信息在預(yù)定范圍內(nèi)的連續(xù)路段分成一個(gè)計(jì)算單元，并針對(duì)每個(gè)計(jì)算單元進(jìn)行所述步驟2至5，所述路況信息包括路段里程、路面平整度、路面車轍、路面層厚、路基材質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的動(dòng)態(tài)彎沉獲取方法，其中，所述步驟2包括以下步驟: 通過以下方程來獲取負(fù)載橫梁因旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的負(fù)載橫梁與路面的夾角，
4.如權(quán)利要求3所述的動(dòng)態(tài)彎沉獲取方法，其中，所述步驟3包括以下步驟: 通過以下方程來獲取所述彎沉盆內(nèi)的多個(gè)多普勒測(cè)速儀對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的路面變形速度，

5.如權(quán)利要求4所述的動(dòng)態(tài)彎沉獲取方法，其中，所述步驟4包括以下步驟: 建立所述彎沉盆斜率方程組，如式(7)所示，
6.如權(quán)利要求5所述的動(dòng)態(tài)彎沉獲取方法，其中，所述步驟5包括以下步驟: 利用所述彎沉盆斜率方程組，求解出
【文檔編號(hào)】E01C23/01GK103452032SQ201310444611
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】張德津, 曹民, 林紅, 郭其華, 曲旋, 王新林 申請(qǐng)人:武漢武大卓越科技有限責(zé)任公司