[发明专利]一种车载式大波浪路形测量方法及其测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种路形测量方法，特别是关于一种基于惯性原理的车载式大波浪路形测量方法及其测量系统。

背景技术

针对大波浪路面，为了准确获得路面形状，需要测得坡度上每一点沿纵向的标高。所谓的标高，指的是某一点到基准面的竖向高度。标高是确定地面点位置的要素之一。目前，测量标高最常用的方法为水准测量。水准测量是用水准仪和水准尺测量地面上两点之间高差的方法，是沿水准路线逐点向前推进的方式实施。在大地测量中，因边线较长，两点之间的高差必须考虑到地球弯曲差和大气垂直折光的作用，这就造成了测量结果的不准确性。而且该方法测量过程需要几个人合作完成，测量效率低下，无法进行快速车载式测量。同时该方法由于人为因素，测量误差也不容易控制。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种测量效率和准确性较高、测量方法简单且适合车载使用进行快速测量的车载式大波浪路形测量方法及其测量系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种车载式大波浪路形测量方法，其包括以下步骤：1)设置一包括单轴加速度计、陀螺仪、光电编码器、单片机和车载式计算机的测量系统；2)对单轴加速度计、陀螺仪和光电编码器进行标定，将得到传感器与实际测量值之间的比例参数输入到车载式计算机内；3)利用单轴加速度计测量检测车起始状态的俯仰角θ₀；4)利用陀螺仪作为角速度测量仪，根据上述步骤3)中获得的起始状态的俯仰角θ₀，得到任意时刻的俯仰角θ₁；5)利用光电编码器测量检测车行驶过程中的任意相邻两时刻的行驶里程Δs；6)将所述步骤3)至步骤5)中三个传感器测量到的数据由单片机内的模数转换器进行采集、转换，并将数据输入到车载计算机中；7)由车载式计算机内的数据处理模块对三个传感器所测量到的数据进行处理，得到在大波浪路面上任意时刻所处位置点的坐标值，根据坐标累加原理绘出相应的路形曲线图，由车载式计算机实时窗口进行显示出相应路面形状。

所述步骤3)中，所述检测车起始状态的所述俯仰角θ₀为：θ₀＝arcsin(g_A/g)，式中，A为所述单轴加速度计的轴；g_A为重力加速度g在A轴上的分量。

所述步骤4)中，任意时刻的所述俯仰角θ₁为；当(t₁-t₀)足够小时，则得到任意时刻的俯仰角θ₁为：θ₁＝θ₀+ω(t₁-t₀)，上式中，t₀为初始时刻；θ₀为起始状态的俯仰角；t₁为任意时刻；ω为陀螺转子的角速度。

所述步骤5)中，任意相邻两时刻的所述行驶里程Δs为：Δs＝e×N，式中，e为所述光电编码器的一个脉冲所对应的所述检测车步长，e＝L/n，L为所述检测车车轮的周长，n为所述检测车车轮转一圈时，所述光电编码器输出脉冲的个数；N为相邻两时刻累计的脉冲数。

所述步骤7)中，所述检测车在大波浪路面上任意时刻所处位置点的所述坐标值(x，h)为：式中，Δs为任意相邻两时刻的行驶里程；θ₁为任意时刻的俯仰角。

一种实现上述测量方法的车载式大波浪路形测量系统，其特征在于：它包括一个单轴加速度计、一个陀螺仪、一个光电编码器、一个单片机和一台加装到被检测车内的车载式计算机；所述单轴加速度计和陀螺仪安装在一起固定在被检测车的底盘靠近质心的位置；所述光电编码器固定在被检测车的右后车轮上；所述单片机和车载式计算机固定在被检测车内的工作坐椅附近；所述单轴加速度计、陀螺仪和光电编码器并联连接所述单片机的模数转换器端口，将实时采集的数据通过所述单片机的串口送入所述车载式计算机内，由所述车载式计算机内的数据处理模块对所述单片机输入的数据进行计算处理。

所述单轴加速度计采用ADI公司生产的型号为ADXL190的单轴加速度计。

所述陀螺仪采用ADI公司生产的型号为ADXRS610的陀螺仪。

所述光电编码器采用台湾松野ES40系列的型号为SY-ES40-RB600的光电编码器。