路面承載能力探測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種路面承載能力實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)，主要包括探地雷達(dá)、發(fā)射天線、接收天線、顯示模塊等。本發(fā)明在現(xiàn)有探地雷達(dá)技術(shù)基礎(chǔ)上對(duì)道路結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次分析、利用與深入挖掘，將公路結(jié)構(gòu)各層物質(zhì)屬性（主要影響因素為介電常數(shù)）作為路面承載能力判別的判據(jù)，并對(duì)道路承載能力做出實(shí)時(shí)判別，提高了道路行駛安全性。
【專利說(shuō)明】路面承載能力探測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種探測(cè)裝置，尤其涉及一種路面承載能力探測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代化道路交通運(yùn)輸需求的進(jìn)一步增長(zhǎng)，對(duì)公路承擔(dān)車輛運(yùn)行載荷的能力和要求也愈加嚴(yán)格，需要長(zhǎng)期保證車輛(尤其是重型車輛)快速、安全、平穩(wěn)地通行公路段。
[0003]在公路路基路面的設(shè)計(jì)、使用和維護(hù)過(guò)程中，主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系以承擔(dān)車輛行駛載荷為中心。在公路使用過(guò)程中，由于自然環(huán)境影響(如不同地區(qū)的溫濕度影響、水文地質(zhì)條件影響等)和長(zhǎng)年負(fù)荷(包括超重載)，其結(jié)構(gòu)承載能力會(huì)逐漸降低，甚至造成道路結(jié)構(gòu)層破壞；另一方面，公路的整體承載標(biāo)準(zhǔn)也因自然區(qū)劃和地方行政法規(guī)不同而有所差別。因此，無(wú)法使用同一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行公路承載能力判定，也就是需要因地制宜，對(duì)不同地理環(huán)境下的公路承載能力實(shí)施具體測(cè)定，以確保車輛尤其是重型車輛通過(guò)時(shí)的安全性，避免人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。[0004]目前，市場(chǎng)上已有較為成熟的探地雷達(dá)產(chǎn)品，主要用于市政道路檢測(cè)、地質(zhì)勘查、建筑工程質(zhì)量檢測(cè)、房屋改造等。國(guó)內(nèi)探地雷達(dá)產(chǎn)品如中電22所研發(fā)的LTD系列探地雷達(dá)、中科院電子所研發(fā)的CAS系列探地雷達(dá)等，但是上述現(xiàn)有產(chǎn)品只有數(shù)據(jù)采集軟件和數(shù)據(jù)處理軟件，僅能形成道路結(jié)構(gòu)剖面圖，例如探測(cè)城市道路是否有空洞，以便于施工人員進(jìn)行道路修復(fù)等。
[0005]由于道路各層介質(zhì)的介電常數(shù)并不相同，差異性很大，因此，雷達(dá)波在不同層面介質(zhì)中的傳播規(guī)律也有顯著差異，雷達(dá)波在不同介質(zhì)分層處會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的反射。
[0006]例如:空洞是地層中本身存在或路基開(kāi)挖過(guò)程中產(chǎn)生的強(qiáng)擾動(dòng)而形成的。根據(jù)空洞形成的機(jī)理和空洞的物理性質(zhì)，即電阻率高、介電常數(shù)低，電磁波傳播速度快，在探地雷達(dá)探測(cè)的剖面圖上，異常通常表現(xiàn)為雙曲線形態(tài)。。
[0007]再如:由于地層本身疏松或路基開(kāi)挖過(guò)程中產(chǎn)生的擾動(dòng)導(dǎo)致范圍較大的底層疏松或塌陷，從而形成不密實(shí)帶。不密實(shí)帶在雷達(dá)剖面圖上的特征主要表現(xiàn)為反射波同相軸扭曲錯(cuò)動(dòng)、不連續(xù)，零亂的團(tuán)塊狀或條帶狀的強(qiáng)反射或多次反射異常。
[0008]利用探地雷達(dá)探測(cè)到路面、水穩(wěn)及墊層結(jié)構(gòu)(道路組成結(jié)構(gòu))后，根據(jù)介電常數(shù)與強(qiáng)度的關(guān)系，可確定各層結(jié)構(gòu)的承力強(qiáng)度。
[0009]根據(jù)已有的研究成果(根據(jù)我國(guó)現(xiàn)有公路標(biāo)準(zhǔn)，各等級(jí)公路的結(jié)構(gòu)組成可以確定)，介電常數(shù)與各類材料之間的強(qiáng)度關(guān)系如下:
[0010]水泥混凝土介電常數(shù)與強(qiáng)度的關(guān)系為:
【權(quán)利要求】
1.一種路面承載能力實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)，主要包括探地雷達(dá)(I)、發(fā)射天線(2)、接收天線(3)、顯示模塊(4)等，其特征在于， 所述發(fā)射天線(2)和接收天線(3)用于發(fā)射電磁波信號(hào)和接收反射信號(hào)； 所述探地雷達(dá)(I)包括主機(jī)控制器(11)、發(fā)射機(jī)(12)、接收機(jī)(15)、數(shù)據(jù)采集模塊(13)、數(shù)據(jù)處理模塊(14); 所述主機(jī)控制器(11)用于發(fā)出控制指令；所述發(fā)射機(jī)(12)內(nèi)設(shè)置有控制電路，用于向所述發(fā)射天線發(fā)出控制指令；所述接收機(jī)(15)內(nèi)設(shè)置有高速采樣電路，用于采集接收天線接收到的路面發(fā)射頻率信號(hào)； 所述發(fā)射天線(2 )和發(fā)射機(jī)(12 )通過(guò)通信線路相連，所述主機(jī)控制器(11 )、數(shù)據(jù)采集模塊(13)通過(guò)相應(yīng)管腳相連，所述接收機(jī)(15)、接收天線(3)通過(guò)通信線路相連；所述數(shù)據(jù)采集模塊(13)還與數(shù)據(jù)處理模塊(14)、顯示模塊(4)通過(guò)總線相連； 所述數(shù)據(jù)采集模塊(13)用于采集所述接收天線(3)和接收機(jī)(15)輸出的回波脈沖信號(hào)；所述數(shù)據(jù)采集模塊(13)包括數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(16)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(17)； 所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(16)將信號(hào)從頻率信號(hào)轉(zhuǎn)化為圖像模擬信號(hào)，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(17)將數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(16)處理后的信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)； 所述數(shù)據(jù)處理模塊(14)接收數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(17)的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換后的圖像信息數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理，分析得出所需的道路結(jié)構(gòu)特征；數(shù)據(jù)處理模塊(14)包括道路結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)處理模塊(18)和路面 承載能力分析模塊(19)； 所述道路結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)處理模塊(18)用于對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊(13)傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，形成道路面層結(jié)構(gòu)及厚度、表面裂縫、砼層脫空、地基沉陷、平整度、構(gòu)造深度等道路結(jié)構(gòu)信息； 所述路面承載能力分析模塊(19)用于對(duì)所述道路結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)處理模塊(18)輸出的信息進(jìn)行分析、判斷，并綜合得出路面承載能力分析結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面承載能力實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于， 還包括與所述顯示模塊(4 )相連的車輛報(bào)警裝置(20 )，；當(dāng)所述數(shù)據(jù)處理模塊得出前方路面的實(shí)時(shí)承載能力低于安全閥值時(shí)，所述車輛報(bào)警裝置聲光報(bào)警。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的路面承載能力實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于， 所述發(fā)射天線(2)與接收天線(3)在與所述發(fā)射機(jī)(12)或接收機(jī)(15)通信時(shí)，通過(guò)有線電纜或無(wú)線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信； 所述探地雷達(dá)(I)安裝在車輛內(nèi)部，采用LTD系列產(chǎn)品； 所述發(fā)射天線(2)和所述接收天線(3)分別安裝在車輛外部車頭左右兩側(cè)，采用空氣耦合天線AL I OOOMHz。
4.一種路面承載能力實(shí)時(shí)探測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟: 根據(jù)車輛結(jié)構(gòu)初步確定所述雷達(dá)天線(I)的安裝位置； 建立權(quán)利要求1-3所述的路面承載能力實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)； 在所述探地雷達(dá)(I)中的主機(jī)控制器(11)內(nèi)安裝用于采集、處理雷達(dá)信號(hào)的軟件并建模； 設(shè)計(jì)與構(gòu)建道路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)； 通過(guò)所述主機(jī)控制器(11)向發(fā)射機(jī)(12)發(fā)出控制信號(hào)，發(fā)射機(jī)(12)向發(fā)射天線(2)發(fā)出指令，發(fā)射天線(2)發(fā)射雷達(dá)電磁信號(hào)； 所述接收天線(3)接收經(jīng)地面多層介質(zhì)反射后的電磁信號(hào)，并傳送給接收機(jī)(15)； 所述接收機(jī)(15)將電磁信號(hào)傳送給數(shù)據(jù)采集模塊(13)； 所述數(shù)據(jù)采集模塊(13 )中的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(16 )和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(17 )對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和儲(chǔ)存； 所述數(shù)據(jù)采集模塊(13)將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)傳送給所述數(shù)據(jù)處理模塊(14)； 所述數(shù)據(jù)處理模塊(14)通過(guò)分析來(lái)自地下介質(zhì)的反射電磁波的動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)表征參數(shù)(如相位、振幅、頻譜等)，推測(cè)出地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)與物性特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次運(yùn)算形成道路承載能力分析評(píng)價(jià)結(jié)果； 所述所述數(shù)據(jù)處理模塊(14)將分析評(píng)價(jià)結(jié)果傳送至所述顯示模塊(4)進(jìn)行顯示；所述顯示模塊(4)在分析評(píng)價(jià)結(jié)果不滿足車輛安全行駛條件時(shí)觸發(fā)報(bào)警，使所述車輛報(bào)警裝置(20)報(bào)警。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種路面承載能力探測(cè)方法，其特征還在于， 所述數(shù)據(jù)處理模塊(14)中的所述道路結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)處理模塊(18)的工作流程為: 判斷是否傳送來(lái)回波信號(hào)，當(dāng)有回波信號(hào)傳送，進(jìn)行信號(hào)濾波； 確定濾波后信號(hào)的振 幅，檢測(cè)界面異常情況以及層界面情況； 得出各層介質(zhì)傳播時(shí)間及介電常數(shù)； 計(jì)算分析各層結(jié)構(gòu)； 同時(shí)，對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行速度測(cè)量計(jì)算，并作為計(jì)算分析各層結(jié)構(gòu)的另一判據(jù)； 所述數(shù)據(jù)處理模塊(14)中的所述路面承載能力分析模塊(19)的工作流程為: 判斷是否有道路結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)處理模塊傳來(lái)的各層結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，當(dāng)有結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)傳送，計(jì)算道路各層介質(zhì)強(qiáng)度； 根據(jù)計(jì)算結(jié)果形成路面承載能力分析結(jié)果； 判斷路面承載能力分析結(jié)果是否在安全范圍內(nèi)，并在顯示模塊(4)中顯示。
【文檔編號(hào)】G01N22/00GK103941295SQ201410118201
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】張玉, 劉相新, 韋學(xué)中 申請(qǐng)人:北京航天發(fā)射技術(shù)研究所, 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院