一种便携式地面坡度测试装置及测试方法

摘要

本发明属于车行驶过程中地面坡度检测设备技术领域，公开了一种便携式地面坡度测试装置及测试方法，用差分法对地面坡度进行检测，通过坡度数据检测模块测得初始坡度值，通过双轴倾角传感器实时测得的坡度与初始坡度值之差，获得地面坡度值，并记录场车行驶过程中每个时刻的地面坡度值；利用GPS终端得到并记录场在每个时刻的位置信息；从时间t＝0的时刻将场车的行驶过程的路径为若干路段；再将测得的实时坡度信息分为若干段后取平均值，将各路段的位置，得到场车行驶路径上各路段的坡度。本发明广泛应用于大小型机动车、场内机动车等；场内机动车便携检测装置，相比于传统坡度检测，结果更加真实准确，更具参考意义。

权利要求

1.一种便携式地面坡度测试方法，其特征在于，所述便携式地面坡度测试方法包括：步骤一，用差分法对地面坡度进行检测，通过坡度数据检测模块测得初始坡度值，通过双轴倾角传感器实时测得的坡度与初始坡度值之差，获得地面坡度值，并记录场车行驶过程中每个时刻的地面坡度值；

步骤二，区域的地面坡度分布图绘制，利用GPS终端得到并记录场在每个时刻的位置信息；从时间t＝0的时刻将场车的行驶过程的路径为若干路段；

步骤三，再将测得的实时坡度信息分为若干段后取平均值，将各路段的位置，与路段上坡度的平均值信息一一对应，得到场车行驶路径上各路段的坡度。

2.如权利要求1所述的便携式地面坡度测试方法，其特征在于，从时间t＝0的时刻将场车的行驶过程的路径每隔10秒分为若干路段。

3.如权利要求1所述的便携式地面坡度测试方法，其特征在于，步骤三找中，将测得的实时坡度信息每隔10秒分为若干段后取平均值。

4.如权利要求1所述的便携式地面坡度测试方法，其特征在于，所述便携式地面坡度测试方法进一步包括：网络终端通过传感器采集数据，并将捕捉的现场信号经转换器ADC采样、量化、编码后，变成数字信号传给微处理器，经由FFD无线传输，传给协调器，再利用通信接口与上位机通信。

5.一种如权利要求1所述便携式地面坡度测试方法的便携式地面坡度测试装置，其特征在于，所述便携式地面坡度测试装置包括测试装置和显示装置。

6.如权利要求5所述的便携式地面坡度测试装置，其特征在于，测试装置包括坡度数据检测模块、GPS定位模块及WiFi通信模块；

坡度数据检测模块包括：双轴倾角传感器、高速数据采集卡、信号调理模块、A/D转换模块，将采得的信号在平板电脑显示并记录，得到数据以坡度-时间t图像，得到实时坡度数据；

GPS定位模块，利用场车的三维坐标和时间的对应关系，绘制场车二维行驶路径图并进行定位。

7.如权利要求5所述的便携式地面坡度测试装置，其特征在于，显示装置为集成有后期处理模块的平板电脑。

8.一种实施权利要求1所述便携式地面坡度测试方法的便携式地面坡度测试终端。

说明书

一种便携式地面坡度测试装置及测试方法

技术领域

[0001] 本发明属于车行驶过程中地面坡度检测设备技术领域，尤其涉及一种便携式地面坡度测试装置及测试方法。

背景技术

[0002] 目前，最接近的现有技术：一部分技术利用三轴加速度传感器测算地面的倾角；一部分技术利用GPS系统得到坡道高度和坡道底长从而获得道路坡度；还有基于坡度阻力的道路坡度测试和传统的人手动操作检测的坡度水平尺。

[0003] 我国工业的发展步伐也在不断加快，各种类型企业的机动车辆也在日益增加，机动车辆的应用范围也在不断地扩大。场内专用机动车辆运输在我国工业的现代化进程中的重要地位也越来越明显。根据《特种设备目录》场(厂)内专用机动车辆是指除了道路交通、农用车辆以外仅在工厂厂区、旅游景区、游乐场所等特定区域使用的专用机动车辆，包括机动工业车辆和非公路用旅游观光车辆行驶，由动力装置驱动或牵引，最大行驶速度(设计值)大于5公里/小时或具有起升、堆垛、回转、翻转等工作装置的机动车辆。如平衡重式叉车、前移式叉车、侧面式叉车、插腿式叉车、托盘堆垛车和三向堆垛车、非公路用旅游观光车等。

[0004] 然而场内机动车在广泛应用的同时，也伴随着一系列的安全问题。虽然国家劳动部早于1995年4月审议通过了《厂内机动车辆安全管理规定》，该规定旨在加强厂内机动车辆的安全监察工作，减少因厂内机动车辆管理、操作与维修保养不善而引起的伤亡事故，保障职工在生产过程中的安全。但是，目前，每个企业单位的场内专用机动车辆检验情况都不一样，特别是针对场内机动车检验工作还没有具体可靠的检测标准与检测方法，从而导致场内专用机动车辆安全运行存在一定的隐患，造成一系列的机动车辆交通事故。因此，改变我国场内专用机动车辆的检测现状，加强场内专用机动车辆的安全管理工作，有利于保证场内专用机动车辆的行驶安全，减少我国企业内运输车辆的交通事故，可以使企业的劳动生产率大幅提高，增加企业的经济效益，更直接影响到企业的正常生产发展，职工的生活稳定和国家财产安全。为了保障场(厂)内专用机动车辆安全使用，预防和减少事故，保护人民生命和财产安全，促进经济社会发展，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局颁布了《场(厂)内专用机动车辆安全技术监察规程》，此规程根据《中华人民共和国特种设备安全法》《特种设备安全监察条例》制定。

[0005] 《场(厂)内专用机动车辆安全技术监察规程》规定观光车的最大行驶坡度不得大于10％(坡长小于20m的短坡除外)，观光列车最大行驶坡度不得大于4％(坡长小于20m的短坡除外)。

[0006] 综上所述，现有技术存在的问题是：

[0007] (1)现有对场(厂)内道路坡度检测的技术中，没有利用传感器实现对地面坡度的实时检测，并且将数据在显示设备上实时显示并记录的便携的用于厂车检测设备。现有技术中，没有通过GPS定位功能绘出场(厂)内专用机动车辆的行驶路径，再将传感器测得的坡度数据与行驶路径一一对应，绘出场车工作时行驶路径和地形图的方法。

[0008] (2)现有技术中，没有一种操作简单、易于人机交互的软件来对所得的数据进行处理和显示。

[0009] (3)现有技术中，没有能专门针对场(厂)内道路地形图绘制，并对场(厂)内专用机动车辆的使用和道路规划做出指导的方法。

[0010] 解决上述技术问题的难度：要解决以上问题不仅需要设计一种算法来对传感器测得的数据进行处理并将处理后的数据显示和记录，还要设计一个程序将利用GPS定位获得的场(厂)车空间坐标信息处理得到场(厂)车的行驶路径，最后对路径的坡度进行标定，从而得到场(厂)内道路地形图。

[0011] 解决上述技术问题的意义：现在场(厂)车维修一般都是事后维修，即厂车发生事故之后再对事故原因进行检测和处理，本方法操作简单高效，省时省力，能快速的对场(厂)内的道路坡度进行检测，评估检测出易发生事故的路段，可实现场(厂)车的科学管理与预知维修。目前，国内在场(厂)内道路坡度的检测还停留在经验检测的阶段，而本方法可实现场(厂)道路坡度的量化标准化测量，保障场(厂)内专用机动车辆安全使用，预防和减少事故，保护人民生命和财产安全，促进经济社会发展。

发明内容

[0012] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种便携式地面坡度测试装置及测试方法。

[0013] 本发明是这样实现的，一种便携式地面坡度测试方法，所述便携式地面坡度测试方法包括：

[0014] 步骤一，用差分法对地面坡度进行检测，双轴倾角传感器是运用惯性原理的一种加速度传感器，当倾角传感器静止时也就是侧面和垂直方向没有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角就是倾斜角了，通过坡度数据检测模块测得初始坡度值，通过双轴倾角传感器实时测得的坡度与初始坡度值之差，获得地面坡度值，并记录场车行驶过程中每个时刻的地面坡度值；

[0015] 步骤二，区域的地面坡度分布图绘制，将便携的测量设备安装在场(厂)车上，其上有GPS的接收机，移动站GPS接收机选用标准NMEA格式输出，包括位置(GPGGA)、速度和水平速度方向(GPVTG)和定位精度(GPGST)等信息，通过CAN接口发送至数据采集CAN模块根据CAN协议对所关心的位置信息包括经度、纬度和高程信息进行解析，利用高斯变换将经纬度信息投影到东北天左边系中。这样就能得到汽车在行驶过程中每一时刻的三维位置坐标。记录场(厂)车在每个时刻的位置信息；然后利用三维坐标绘制出场(厂)行驶的路线图，再从时间t＝0的时刻将场车的行驶过程的路径为若干路段；

[0016] 步骤三，再将测得的实时坡度信息分为若干段后取平均值，将各路段的位置，与路段上坡度的平均值信息一一对应，得到场车行驶路径上各路段的坡度。

[0017] 进一步，从时间t＝0的时刻将场车的行驶过程的路径每隔10秒分为若干路段。

[0018] 进一步，步骤三找中，将测得的实时坡度信息每隔10秒分为若干段后取平均值。

[0019] 进一步，所述便携式地面坡度测试方法进一步包括：网络终端通过传感器采集数据，并将捕捉的现场信号经转换器ADC采样、量化、编码后，变成数字信号传给微处理器，经由FFD无线传输，传给协调器，再利用通信接口与上位机通信。

[0020] 本发明的另一目的在于提供一种所述便携式地面坡度测试方法的便携式地面坡度测试装置，所述便携式地面坡度测试装置包括测试装置和显示装置。

[0021] 进一步，测试装置包括坡度数据检测模块、GPS定位模块及WiFi通信模块，其中WiFi通信模块为嵌入式Wi-Fi模块，内置Wi-Fi驱动和协议实现测量装置和处理显示装置的分离；

[0022] 坡度数据检测模块包括：双轴倾角传感器、高速数据采集卡、信号调理模块、A/D转换模块，将采得的信号在平板电脑显示并记录，得到数据以坡度-时间t图像，得到实时坡度数据；其中高速采集卡采用NI公司的采集卡，无线传感网络中EndDivice(网络终端)通过JN5139内部12位AD获取传感器采集到的数据，并将捕捉的现场信号经转换器ADC采样、量化、编码后，变成数字信号传给微处理器，经由FFD(Router路由器)无线传输，传给Coordinator(协调器)，Coordinator利用RS-232通信接口与上位机(笔记本电脑或者PC端)通信。

[0023] GPS定位模块，利用场车的三维坐标和时间的对应关系，绘制场车二维行驶路径图并进行定位。

[0024] 进一步，显示装置为集成有后期处理模块的平板电脑。

[0025] 本发明的另一目的在于提供一种实施所述便携式地面坡度测试方法的便携式地面坡度测试终端。

[0026] 本发明旨在针对上述问题，开发出一套针对厂车行驶过程中能够实时测算地面坡度，并且绘制地形图的设备。该设备利用传感器和差分的方法实现对地面坡度的实时检测，并且将数据在显示设备上显示，通过GPS定位功能绘出厂(场)的行驶路径，再将传感器测得的坡度数据与行驶路径对应可以绘出厂(场)车工作时的地形图，从而对厂(场)的使用做出指导。

[0027] 本发明的设备具有重要意义，主要表现在以下几个方面：①本设备能够对厂区或者观光区的地面坡度进行大面积准确测量，可以作为厂区和观光区的道路修建或规划行车路径时提供参考，保障人员的生命财产安全；②场内机动车便携检测设备便于使用，适合工厂实地大批量的实时监测，只需让安装完本设备的厂(场)车在工作区完整行驶一遍就能绘出厂区或者观光区的地形图，更加节约人力物力；③场内机动车便携检测设备，相比于传统坡度检测，结果更加真实准确，更具参考意义。

[0028] 本发明提供的设备不仅可以实时动态显示地面的坡度，还可以将测得的坡度信息记录存储下来，进而结合GPS定位系统就可得到厂区或观光区内的所有的地面坡度，从而得到地形图。从而提出对厂车使用的指导意见，加强场内机动车辆的安全管理工作，减少我国企业内运输车辆的交通事故，保护人民群众生命财产安全。

[0029] 综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明解决了测量场(厂)内道路坡度的方法老旧，不能量化，测量不准等难题，能够方便快捷地测量场(厂)内道路坡度，且操作简单易学，易于推广。填补了针对场(厂)车这种适用范围广且事故频发的特种车辆的安全测试的空白，具有良好的商业前景。

[0030] 本发明的优点还有：

[0031] 实用性：广泛应用于大小型机动车、场内机动车等。

[0032] 便捷性：所有程序均已编码完成，使用时只需将测试装置安放固定在厂车金属外壳上，通过移动端口即可得到实时数据和最后测试报告并将数据和报告进行存储[0033] 高效性：厂车只需载着测试装置在厂区内行驶一遍，即可测出厂区或观光区内的的坡度分布图，节省人力物力。

[0034] 准确性：场内机动车便携检测装置，相比于传统坡度检测，结果更加真实准确，更具参考意义。

附图说明

[0035] 图1是本发明实施例提供的便携式地面坡度测试装置示意图。

[0036] 图中：1、测试装置；2、显示装置；3、GPS定位模块；4、坡度数据检测模块；5、WiFi通信模块。

[0037] 图2是本发明实施例提供的便携式地面坡度测试方法流程图。

[0038] 图3是本发明实施例提供的厂区路径分段图。

[0039] 图4是本发明实施例提供的坡度-时间t图像图。

具体实施方式

[0040] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0041] 现有技术中，没有利用传感器和差分的方法实现对地面坡度的实时检测，并且将数据在显示设备上显示，不能通过GPS定位功能绘出场的行驶路径，再将传感器测得的坡度数据与行驶路径对应可以绘出场车工作时的地形图，，造成对场的使用不能做出指导。

[0042] 为解决上述问题，下面结合具体方案对本发明作详细描述。

[0043] 如图1所示，是本发明实施例提供的便携式地面坡度测试装置，

[0044] 整个仪器包含测试装置1和显示装置2；其中测试装置1包括坡度数据检测模块4，GPS定位模块3，WiFi通信模块5，显示装置2为带有后期处理模块的平板电脑。

[0045] 坡度数据检测模块4包括：传感器采用双轴倾角传感器型号ZCT230L-LMS-124，量程X,Y-30°～30°；NI高速数据采集卡；信号调理模块；A/D转换模块等，将采得的信号在平板电脑显示并记录，得到数据以坡度-时间t图像形式给出，由此得到实时坡度数据。

[0046] GPS定位模块3采用千寻位置公司的定位服务，提供高达动态厘米级和静态毫米级的定位能力。千寻位置基于北斗卫星系统(兼容GPS、GLONASS、Galileo)基础定位数据，进行定位。利用厂车的三维坐标和时间的对应关系，绘制出厂车二维行驶路径图。

[0047] 如图2所示，本发明实施例提供的便携式地面坡度测试方法包括：

[0048] S101,用差分法对地面坡度进行检测：在测量时先将本设备固定在静止于水平地面的厂(场)车的金属外壳上，这时测得一个初始坡度值。厂(场)车启动后行驶过程中通过双轴倾角传感器实时测得的坡度与初始坡度值之差即为地面坡度，系统可以得到并记录厂(场)车在行驶过程中每个时刻的坡度。

[0049] S102,厂内或观光区的坡度分布图绘制：利用GPS终端可以得到并记录厂(场)在每个时刻的位置信息。假设在测试过程中厂车在观光区内匀速行驶，在后期处理厂车位置信息时，由于厂车在行驶时车速不能大于30km/h，速度较慢,所以从时间t＝0的时刻将厂车的行驶过程的路径每隔10秒分为若干路段，如图3。

[0050] S103,再将测得的实时坡度信息每隔10秒分为若干段后取平均值(如图4)，最后将各路段的位置，与路段上坡度的平均值信息一一对应，即可得到厂车行驶路径上各路段的坡度。

[0051] 图4中0～10s的平均坡度小于4％，第10～20s，20～30，30～40s的平均坡度大于4％且小于10％，第40～50s的平均坡度大于10％，按规定第40～50s内厂车行驶的坡度不符合安全规定。

[0052] 在本发明实施例中，程序会自动在原有路径上将坡度大于场内机动车辆最大行驶坡度10％的路段用红色标出，将路段坡度小于10％且大于4％的路段用灰色标出，将路段坡度小于4％的路段用灰色标出，最后生成检测报告，为相关部门提供参考。

[0053] 在本发明实施例中，搭建无线传感网络中，无线传感网络中EndDivice(网络终端)通过JN5139内部12位AD获取传感器采集到的数据，并将捕捉的现场信号经转换器ADC采样、量化、编码后，变成数字信号传给微处理器，经由FFD(Router路由器)无线传输，传给Coordinator(协调器)，Coordinator利用RS-232通信接口与上位机(笔记本电脑或者PC端)通信。

[0054] 在本发明实施例中，测试装置具有便携性：拟采用双轴倾角传感器、NI高速数据采集卡，确保数据的采样准确性。同时，将传感器、采集卡、调理模块、A/D转换、稳压模块等部分集成为一整个测试装置，装置具有便捷宜安装的特点，方便分布。

[0055] 此外本发明已经在坡度检测方面得到了实际应用，并取得了较好效果：坡度检测的准确率达到检测标准要求。

[0056] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。