国际平整度指数量值溯源与传递技术研究

论文摘要

国际平整度指数是用于评价道路路面平整性的国际通用技术评价指标。路面平整度在工程质量验收、道路运营服务水平评价和路面养护工程计划制定等方面具有重要作用。国内路面平整度检测设备用户数量庞大,但是在设备检验和溯源环节存在困难,测量准确性存在争议。论文研究过程沿着先理论分析后实践检验的技术路线展开。首先,对国内外平整度检测设备生产厂家和国内具有代表性的使用单位进行了较为全面的调研,掌握了平整度检测设备的生产状况和使用情况,研究了准确度较为粗糙的为保证平整度检测设备测量准确性而进行的标定技术,成果在方案设计和试验方法选择两个方面为计量标准建立积累了实践经验。从溯源角度对国际平整度指数的理论模型进行深入剖析,总结了经过标准化的1/4车模型所具有的特点和优势。采用理论模拟的实验方法,针对影响计算结果的初值问题提出三种不同的计算初值解决方案,对标准化的实验数据进行计算分析,证明可以采用增加统计间隔长度和“断首”分析两种数据处理技术降低由数据后处理方法不同引入的误差,提高计算准确度。采用平整度纵断面分析法和统计分布分析法对合理统计间隔进行了研究,综合考虑国际平整度指数模型的频率响应特性,得出国际平整度指数适宜统计间隔应不小于30米的结论,为计量标准的计算统计间隔提供了依据。将经典的动力学模型与国际平整度指数模型进行有机结合,从系统的激励源头出发,探索国际平整度指数可溯源的指标,分别对国内两类主要用于测量路面平整度的设备——激光断面仪和颠簸累积仪的溯源性和途径进行了系统分析,绘制出国际平整度指数量值溯源等级图,对各级计量标准制定了相应的技术要求。提出三种不同的计量标准实现方案,研究出通过高程快速变换改变路面平整度水平快速变化的技术,实现了在同一平台道路条件下建立计量标准的目标,打通了国际平整度指数溯源过程的承上启下环节,并能有效控制计量标准的稳定性。研制出实现高程快速变化的标准模块等重要计量辅助设备,完成了一级计量标准的研制与考核工作,计量标准的相对测量不确定度控制在1%以内。以传统的激光断面仪为原型,在提高硬件技术指标的基础上,在采样和处理过程中引入时间频率采样技术,降低传统方法中采样还原误差,改善了整套系统的测量准确度,各项技术指标均满足二级计量标准的技术要求,相对测量不确定度可控制在3%以内,为计量标准在全国传递提供了条件。最后,选择国内具有代表性的平整度测量设备,在所建立的两级计量标准上进行实验,全面验证计量标准工作的有效性,为路面平整度检测设备的溯源和传递提供了合法的和有效的途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 概述
• 1.1 研究背景
• 1.2 问题提出
• 1.2.1 路面平整度定义
• 1.2.2 我国路面平整度评价指标
• 1.2.3 国际平整度指数
• 1.3 研究意义
• 1.3.1 填补计量标准国内空白
• 1.3.2 完善激光平整度仪量值溯源体系
• 1.3.3 促进试验检测设备制造技术进步
• 1.3.4 为行业相关技术研究提供借鉴
• 1.3.5 提高交通行业试验检测水平
• 1.4 论文研究的内容
• 1.4.1 平整度的使用调查与校验技术
• 1.4.2 国际平整度指数模型研究
• 1.4.3 国际平整度指数的溯源体系研究
• 1.4.4 国际平整度指数一级计量标准研制
• 1.4.5 高精度激光平整度仪的研制
• 1.4.6 国际平整度指数量值溯源与传递技术验证
• 第2章 研究综述与技术路线
• 2.1 国内外相关研究
• 2.1.1 国外研究概述
• 2.1.2 国内研究概述
• 2.2 已有成果综述
• 2.2.1 成果综述
• 2.2.2 论文突破方向
• 2.3 论文研究技术路线
• 第3章 国内平整度仪使用调查
• 3.1 平整度测试方法回顾
• 3.2 国内调查综述
• 3.2.1 调查对象
• 3.2.2 调查内容
• 3.2.3 调查结果
• 3.3 设备相关性试验研究
• 3.3.1 概述
• 3.3.2 试验方法
• 3.3.3 数据整理
• 3.3.4 试验结果
• 3.3.5 试验结论
• 3.4 小结
• 第4章 国际平整度指数模型研究
• 4.1 国际平整度指数来源
• 4.2 Quarter Car 模型剖析
• 4.2.1 国际平整度指数的计算过程
• 4.2.2 国际平整度指数模型的特点
• 4.3 合理统计间隔研究
• 4.3.1 问题提出
• 4.3.2 统计间隔选择标准
• 4.3.3 模拟数据生成
• 4.3.4 数据分析
• 4.3.5 关于计算方法的建议
• 4.3.6 关于统计间隔的讨论
• 4.4 国际平整度指数的适用性
• 4.5 小结
• 第5章 国际平整度指数溯源体系研究
• 5.1 IRI 溯源性分析
• 5.1.1 平整度的动力学意义
• 5.1.2 车载式路面激光断面仪溯源性分析
• 5.1.3 车载式颠簸累积仪溯源性分析
• 5.2 溯源方法研究
• 5.3 溯源等级图
• 5.4 小结
• 第6章 计量标准设计与研制
• 6.1 概述
• 6.2 方案设计
• 6.2.1 总体要求
• 6.2.2 设计方案一
• 6.2.3 设计方案二
• 6.2.4 设计方案三
• 6.2.5 方案比选
• 6.3 路面平整度快速变换技术
• 6.3.1 数据采样频率
• 6.3.2 模拟数值试验
• 6.3.3 可变高度模块设计
• 6.3.4 平整度水平变换设计与试验
• 6.4 高程测量方法
• 6.5 重复性试验
• 6.6 稳定性试验
• 6.7 不确定度分析
• 6.7.1 不确定度含义与来源
• 6.7.2 计量标准的不确定度来源分析
• 6.7.3 测量不确定度分量计算
• 6.8 计量标准验证
• 6.9 小结
• 第7章 高精度激光平整度仪研制
• 7.1 激光平整度仪工作原理分析
• 7.1.1 概述
• 7.1.2 主要传感器工作原理
• 7.1.3 激光平整度仪工作原理
• 7.2 测量精度提高方法研究
• 7.2.1 概述
• 7.2.2 传感器主要技术指标
• 7.2.3 传感器信号处理方法
• 7.2.4 数据采集
• 7.2.5 基于时频的纵向高程计算方法
• 7.3 原型机研制
• 7.3.1 系统构建
• 7.3.2 系统软件设计
• 7.4 实验验证
• 7.4.1 实验方法
• 7.4.2 实验数据分析
• 7.5 小结
• 第8章 应用与验证
• 8.1 实验设备选择
• 8.2 实验方法
• 8.2.1 车载式路面激光平整度仪
• 8.2.2 车载式颠簸累积仪
• 8.3 实验结果分析
• 8.3.1 车载式路面激光平整度仪
• 8.3.2 车载式颠簸累积仪
• 8.4 小结
• 总结
• 参考文献
• 附录A 论文整体框架图
• 附录B 国际平整度指数量值溯源图
• 附录C 国际平整度指数计算程序
• 附录D 车载式路面激光平整度仪检定规程
• 附录E 车载式路面激光平整度仪检定装置操作规程
• 附录F 计量标准授权书
• 攻读博士学位期间所发表的学术论文
• 致谢