道路激光断面仪测试系统使用说明书

1、多激光道路断面测试系统中科盈恒1 目录一主要用途 . 2二主要特点 . 3三主要技术指标. 4四测试原理 . 5五系统组成 . 7六、系统连接 . 86.1 下位机面板介绍. 86.2 下位机操作 . 8七、软件说明 . 97.1 软件安装 . 97.1.1 采集卡驱动程序安装. 97.1.2 数据采集程序安装. 13 7.2 软件界面介绍. 17 八、软件操作 . 19 8.1 程序参数设置. 20 8.2 系统参数标定. 21 8.2.1 激光信号标定. 22 8.2.2 加速度信号标定. 23 8.2.3 距离系数标定. 25 8.3 数据采集 . 26 8.3.1 准备采集 . 26

2、8.3.2 实际数据采集. 26 8.3.3 结束数据采集. 26 九系统维护 . 27 十注意事项 . 27 多激光道路断面测试系统中科盈恒2 一主要用途检测路面车辙深度、纵断面、国际平整度指数iri 、平整度标准差 、行驶质量指数 rqi、路面构造深度 td等多种路面性能指标。主要用于：1各等级公路、市政道路和机场跑道的路面施工现场控制和路面施工质量交工、竣工验收2为路面养护管理系统（ cpms ） 、路网普查进行路面车辙深度以及平整度数据采集3为颠簸累积仪等2、3 类平整度测试仪进行相关性标定4为研究路面谱特性提供原始路面纵断面数据多激光道路断面测试系统中科盈恒3 二主要特点 采用瑞典专

3、业道路检测激光传感器 采用美国高精度伺服式加速度传感器 断面计算模型完全采用美国密歇根大学（umtri ）/联邦公路局（fhwa）道路断面测量系统断面合成算法 主要技术性能参数超过世界银行46 号报告对路面平整度 级测试方法的定义，符合美国 astm e950 关于断面仪 级标准的要求 ,测得的指标符合国家路面验收与养护标准规范 功能齐全的实时处理软件系统，以等距离方式实时采集、处理、显示和存储测点位置、车速、车辙深度、iri、rqi 及 td 等数据 测试过程不受仪器装载车动态性能的影响，可以在较大车速范围内 （20100km/h）变换测试车速而不影响测试结果多激光道路断面测试系统中科盈恒4

4、 三主要技术指标传感器个数激光传感器： 5 个加速度传感器： 2 个激光传感器采样频率：激光传感器i： 64khz 激光传感器 ii ：16khz 偏差： 0.5mm 分辨率： 400hz 偏差： 2mg 分辨率： 1 g 测量范围： 2.5g 最小采样间隔1mm 路面车辙深度报告间隔1m 1000m iri报告间隔10m 1000m 断面响应波长500m 距离测量系统（ dmi ）距离检测精度： 0.1% 距离检测分辨率： 0.99 检测范围： 015m/km 检测重复性：变异系数 2% 测试数据纵断面数据路面车辙深度国际平整度指标 iri平整度标准差 行驶质量指数 rqi路面构造深度 sm

5、td / pmtd输出格式excel 、ascii文本文件多激光道路断面测试系统中科盈恒5 激光传感器底部到路面净距300mm 四测试原理4.1 车辙测试原理las1 las5 las2 las3 las4 车辙测试原理图如上图所示， 5 路激光信号射到地面，然后经过采集卡传送到计算机，计算机通过标定系数计算出激光信号到地面的高度，从而获得了道路的断面数据。 上面图中的数字分别对应第几路激光。在计算左车辙深度的时候， 先从第 1 路到第3 路激光信号中找出最大和最小的两个值，然后作差，这样就得到了左车辙深度。同理， 在计算右车辙深度的时候， 找出第 3 路到第 5 路激光信号的最大和最小值，然

6、后作差，这样得到了右车辙深度。左车辙深度 =max(las1las3)-min(las1las3) 右车辙深度 =max(las3las5)-min(las3las5) 其中 las1 表示第 1 通道的激光信号，以此类推。4.2 平整度测试原理通过激光传感器、 加速度传感器和距离传感器， 分别测量激光传感器到断面的垂向距离、 激光传感器的垂向加速度和沿断面纵向行驶的距离，然后用下面的公式可计算得到断面的高程（上世纪60 年代由美国通用汽车公司的elson spangler和 william kelly 提出， 仍然是目前国际上主要惯性断面类测量仪测量断面的理论基础）：多激光道路断面测试系统中

7、科盈恒6 xtdsdsvsaxhxz2/式中：x断面的纵向距离xz断面高程xh激光传感器到断面的垂向距离sat激光传感器的垂向加速度2v沿断面纵向行驶速度的平方平整度测试原理示意图多激光道路断面测试系统中科盈恒- 7 - 五系统组成测试传感器单元及机械安装总成数据处理上位机：计算机数据采集下位机：前置信号调理控制单元+数据采集卡高精度 dmi 距离测量系统实时数据采集及处理软件300w/12v220v/逆变电源仪器装载车多激光道路断面测试系统中科盈恒- 8 - 六、系统连接6.1 下位机面板介绍前面板示意图：距离指示灯激光电源指示灯电源指示灯usb 接口激光器开关电源开关后面板示意图：电源激光

8、器信号距离信号6.2 下位机操作前面板 usb 接口用 usb 数据线连接到笔记本电脑usb 接口，车头激光器信号线连接至下位机后面板激光器信号 接口；距离测量轮 (dmi) 信号线连接至后面板距离信号 接口；后面板 电源接口接入 12v 直流电（车载点烟器或电瓶） 。启动系统时，首先连接 电源，打开前面板 电源开关 ，再打开 激光器开关 ；关闭系统时首先关闭 激光器开关 ，再关闭 电源开关 ，之后切断 电源 。多激光道路断面测试系统中科盈恒- 9 - 七、软件说明7.1 软件安装7.1.1 采集卡驱动程序安装插入采集卡驱动盘ni-daqmx ，自动运行后进入安装界面：选择第一项“ insta

9、ll ni-daqmx/vi logger ” ，进入自检程序；多激光道路断面测试系统中科盈恒- 10 - 自检结束后，直接点击“ next”进入下一步；选择安装路径，点击“ next”进入下一步；多激光道路断面测试系统中科盈恒- 11 - 选择安装项，这里只需选择“microsoft visual c support” 和 “ni measurement & automation explorer 4.1”两项，之后点击“ next” ；许可协议处选择“ i accept the license agreement(s) ” ，点击“ next” ；多激光道路断面测试系统中科盈恒-

10、12 - 直接点击“ next”开始安装；多激光道路断面测试系统中科盈恒- 13 - 安装完毕后需要重启计算机，点击“restart”即可。驱动程序安装完后， 第一次连接采集卡时还会提示找到新硬件，这时选择本机自动安装即可。7.1.2 数据采集程序安装插入安装光盘，双击如下图标，启动安装程序；多激光道路断面测试系统中科盈恒- 14 - 直接选择“下一步”；多激光道路断面测试系统中科盈恒- 15 - 在许可协议处，选择“同意”点击“下一步”；选择安装路径和使用权限后，点击“下一步”；多激光道路断面测试系统中科盈恒- 16 - 确认安装，直接点击“下一步”即可；多激光道路断面测试系统中科盈恒- 1

11、7 - 安装完成后，点击“关闭”结束安装程序。7.2 软件界面介绍双击桌面程序图标，启动多激光测试系统程序如下图，点击进入按钮，进入主程序界面。主程序界面如下图所示：多激光道路断面测试系统中科盈恒- 18 - 图 1 多激光路面测试系统程序主界面程序主界面主要分为两个部分， 一个是数据显示区域， 另一个是程序操作区域，下面一一加以说明。在程序中间的两个图表中， 左边的是道路断面的显示区域， 程序实时测量出的道路断面值会显示在图表中；右边是平整度指数的显示区域，程序计算出的平整度指数会显示在该图表中；在图表上方的 15 个信号柱显示的是采集卡各个通道的信号状态，正常情况下，在进行车辙测试的时候，

12、las1 到 las13 都会有信号变化， las1 到 las13分别代表通道 0 到通道 12 的激光信号；在进行平整度测试的时候， acc1、 acc2、las3、 、las11 会有信号变化， 其中 las3、las11 代表通道 2、10 的激光信号，acc1、acc2 代表通道 5、6 的加速度信号。在同时进行车辙和平整度的测量，则信号的变化是上述两种情况的并集。程序上方中间车行状态一栏中显示的是车行速度和行驶的路程；多激光道路断面测试系统中科盈恒- 19 - 程序右上方的采集项目一栏中是进行数据采集的开关。圆型按钮成暗绿色时是关闭，成亮绿色的是打开， 只有在圆型按钮在打开的状态下

13、才能够进行数据采集。目前可以进行车辙测量，平整度测量以及两者的同时测量。在程序右边的数值显示栏中是实时显示在测量过程中计算中的各项指标：车者深度，平整度，以及构造深度值。 程序左边的数值显示栏中是显示用户在进行测量之前设定的一些参数， 包括保存车辙深度和平整度数据的文件名称，起点桩号值，桩号类型（顺桩号还是逆桩号）以及在进行测量时候的实时桩号。在输入选项中是对桩号进行修正的输入框，发现桩号不对时， 只需要在输入框中输入正确的桩号 （格式为： 0000000） ，然后点击 修正桩号 按钮即可对桩号进行修正。在最下方操作选项一栏中是对数据采集进行控制的各个按钮。点击准备采集按钮后，是进行数据的预采

14、集，在这个阶段，会计算构造深度值和平整度指数，但并不对其进行保存， 而且桩号也不产生变化； 点击开始采集 之后，才对数据进行保存，并且桩号也根据段长进行累加或递减。停止采集 按钮会停止当前的数据采集； 修正桩号 按钮的作用是将在桩号修正输入框中的正确桩号作为当前的桩号，然后在此基础之上进行累加； 增加错误标记 按钮是当测试的过程中遇到了一些无效的数据， 如路面有积水， 路面有大面积的破损等， 需要操作人员对这样的数据标记为无效， 当在测试过程中遇到这种情况是，只需点击此按钮， 即可将接下来的数据标记为无效， 当测试恢复正常情况后， 测试人员要点击此按钮， 接下来的数据就恢复为有效， 这段期间也

15、可以点击 增加注释 按钮，其作用是将 输入选项中添加注释 中内容写入最后输出文件里，退出按钮将会退出采集程序。八、软件操作程序系统的使用主要包括三个方面：程序参数设置， 系统参数设置， 数据采集，其中数据采集是程序的主要部分。多激光道路断面测试系统中科盈恒- 20 - 8.1 程序参数设置程序参数是对程序中需要的一些参数，如文件名， 起始桩号， 段长等进行预先设置。如图所示，单击系数参数设置，会出现参数设置的对话框。图 2 系统参数设置图根据实际采集的需要， 设置好保存平整度和构造深度的文件名，计算平整度的段长。根据公路的情况， 设置好公路等级和顺或者逆桩号，单击确定保存设置就可以了。其中起点

16、桩号要严格按给定的各式进行输入，否则系统会提示重新输入。 点击选择目录 按钮可以选择保存数据的目录，如下图所示：多激光道路断面测试系统中科盈恒- 21 - 8.2 系统参数标定系统参数标定是计算激光信号和加速度信号与实际的高度值和加速度值的比例系数的过程，这样就能通过激光信号和加速度信号计算出平整度指数。如图所示，单击系统参数标定就会出现参数标定对话框，参数标定主要包含三项，激光信号标定，加速度信号标定，距离系数标定。多激光道路断面测试系统中科盈恒- 22 - 8.2.1 激光信号标定图 3 激光信号标定界面操作步骤如下：a. 将车停在水平地面， 然后调节单激光的支架， 使单激光也处于一个水平

17、位置，在水平地面上放置一个标定平板，使激光束投射到标定平板上。激光头到地面的垂直距离，应在30050mm 范围内。b. 选择好需要标定的采集卡通道，对平整度来说， 需要标定 2、10 共 2 个通道。首先选择 2 通道，点击 采集零值 按钮进行零值的采集，多采集几次，观察采集的数值，数值稳定后即可。对车辙深度来说，需要标定0-12 共 13 个通道；对构造深度来说，需要标定15 通道。多激光道路断面测试系统中科盈恒- 23 - c. 将 50mm 的标准标定块放置到标定平板上，要使激光束投射到此标定块上，点击采集终值 按钮进行终值的采集，操作同上，等待数值稳定后即可。每采集一次终值，在比例系数

18、中会计算出当前最新的比例系数，而在距离校验中会显示用上次保存过的比例系数计算出来的标定块的高度。d. 如果校验出的高度值在误差允许的范围内（0.5mm） ，则上次保存的比例系数可继续使用，否则需要保存当前计算出的比例系数。点击保存结果 即可保存当前最新计算出的比例系数。e. 点击其它需要标定的通道， 重复以上过程， 从而计算出其它通道的比例系数。f. 单击退出按钮退出标定对话框。8.2.2 加速度信号标定图 4 加速度信号标定界面多激光道路断面测试系统中科盈恒- 24 - 操作步骤如下：a. 将车停在水平地面， 然后调节激光器的支架， 使加速度计处于一个水平正放。b. 选择需要标定的采集卡通道

19、，双激光需要标定左、右两个通道。首先标定左侧激光器加速度信号，选择左加速度通道，点击采集零值 按钮进行零值的采集，并多次采集，观察采集的数值，数值稳定后即可。c. 将加速度计反转180 度，调节支架，使加速度计处于水平倒放位置。然后点击采集终值 按钮进行终值的采集，操作同上，等待数值稳定后即可。每采集一次终值，在比例系数中会计算出当前最新的比例系数，而在距离校验中会显示用上次保存过的比例系数计算出来的加速度校验值。这个值正确的时候应改在 2 左右。d. 如果校验出的高度值在误差允许的范围内，则上次保存的比例系数可继续使用，否则需要保存当前计算出的比例系数。点击保存结果 即可保存当前最新计算出的

20、比例系数。e. 更换到右侧激光器，标定右加速度通道，步骤同上。f. 单击退出按钮退出标定对话框。多激光道路断面测试系统中科盈恒- 25 - 8.2.3 距离系数标定图 5 距离系数标定界面操作步骤如下：a.选择坡度变化小的平坦直线路段，用尺子量出至少300m的直线距离，标出起点终点和行驶轨迹。b.在测试距离一栏中输入要标定的距离，将测试车的前轮对准起点线， 按下开始按钮，车辆沿着路段轨迹直线行驶，避免突然加速或减速。c. 接近终点时，减速停车，确保测试车的前轮对准终点线，按下停止按钮，停止距离脉冲的采集。d. 重复此过程，确保距离校验的偏差在0.1%内，按下 存盘按钮，保存距离系数，按下 退出

21、按钮，退出距离标定程序，结束距离标定过程。多激光道路断面测试系统中科盈恒- 26 - 8.3 数据采集8.3.1 准备采集测试之前需要对测试系统各部分进行详细的检查。a. 装载车的轮胎气压应符合该车型的规定值，车胎应清洁，不得粘附杂物，车上人数及载重应与标定时一致，汽车底盘的悬挂机构性能完好，各部螺丝不松动，车辆行驶平顺，动平衡性能良好。b. 连接上下位机的电源及通信线缆，打开下位机开关，检查激光发射器中是否有激光射出 ( 禁止用眼睛直视激光发射器！) ，调整支架，使激光器处于一个水平位置。8.3.2 实际数据采集a 进入数据采集主程序，在菜单中的系统参数设置一栏里根据数据采集的需求设置好各项参数并点击确定保存。b. 设置参数完毕后，点击右上角的圆形按钮，打开平整度及构造深度测试开关，并点击 准备采集 按钮进行数据的预采集，此时司机开动测试车向被测路段驶去，到达测试起点前车速必须大于20km/h，此时程序应该显示出行驶