专利名称：数字式轨迹测绘仪的制作方法
技术领域：
本实用新型为一种测绘地面轨迹的仪器。
现有的测量地面轨迹的装置，是采用两轮连动的小车，用机械数码表或光电数码盘测量滚轮所走过的距离。其缺点是仅能测量直线距离，不能测量曲线轨迹。因此对现场多点目标相对位置的测绘，只能通过手工测量得到现场有关数据以后，按一定的比例进行计算，再绘制现场图。这种办法效率较低，人工参与较多，误差较大，特别是对曲线轨迹，手工绘制的准确性得不到保证。
本实用新型的目的就在于克服现有技术的缺点，提供一种能在交通事故现场或其它测绘现场中快速、准确、科学地获取各种轨迹、多个目标位置和其它各种数据，通过计算机绘出现场图的数字式轨迹测绘仪，以解决现场轨迹的快速、自动测绘问题，改变传统低效的皮尺测量、手工绘制现场图的方法，缩短现场勘测时间，大幅度提高工作效率。
本实用新型的结构是一辆具有两个或两个以上轮子的手推(拉)车中，一对左右轮子中的每个轮子各具有一转动轴，左轮的左转动轴上紧固有与该轴垂直的左调制盘、右轮的右转动轴也紧固有与该轴垂直的右调制盘，每个调制盘上沿圆周均布有多个小孔，在每个调制盘的一侧设有一光电发射管、其对侧设有一光电接受管，每个光电接受管的输出端与一个模拟-数字信号转换单元的输入端相连，该模拟-数字信号转换单元的输出端与单片机中央控制单元的输入端相连。所说光电发射管和光电接受管可以为红外线的，也可以为可见光的，但最好为红外线的。调制盘上沿圆周均布的小孔最好为50～100个方形孔，具体数量根据测绘的分辨率而定。模拟-数字信号转换单元、单片机中央控制单元以及它们之间的连接关系都是已有技术，为本专业的普通技术人员所知。
本实用新型采用两轮轴分离的滚轮车沿地面轨迹运行，用光电测量技术实时采集两边轮的运行距离，通过实时数据处理，得出运行轨迹每一点的方位及坐标位置等数据。单片机能够智能化控制前端进行数据采集、预处理、显示、暂存储、数据传输，经RS232串行通讯，最后可由计算机自动进行图形处理、现场出图及数据库存档。
本实用新型的工作原理根据目标识别上的四象限定位原理，通过两边轮的四路光电探测信号精确获取轨迹测量点在二维平面上的方位信息，由单片机和计算机对采集数据按数学理论公式进行计算，再进行图形处理，得到现场勘测图。
见
图1，通过左右两边轮A和B在采样频率内采集的轨迹A1A2A3A4A5和B1B2B3B4B5的长度，可推算出轨迹中心线O1O2O3O4O5的形状和总长度。
见图2，轨迹测绘仪由位置0到位置1，其方位是由两边轮A和B所决定，用两边轮的中点C来进行表示。假如在任一位置C0，知道其坐标为(x0，y0)，方位角为α1。当轨迹仪运动到下一位置C1时，边轮A和边轮B的运行长度a，b由仪器通过光电方法检测出来。由此就可以计算出C1的坐标点(x1,y1)以及方位角a2。
如果将C0到C1的距离取得较短(也就是采样频率较高)，就可以认为轨迹仪在这两点之间的运行是一段以O点为圆心的圆�。从幸韵鹿叵�(r+D)·β=ar·β=b式中f为圆心O到边轮B的距离，D为两边轮之间的距离，B为由C0到C1所旋转的角度，用弧度表示，a、b分别为两边轮运行的距离。由以上两式可以得到；r=D·ba-b]]>β=a-bD]]>同时有α2=αl+βC0到C1的距离c为c=2·(r+D2)·sin(β2)]]>=a+bβ·sin(β2)]]>C0C1与X轴的夹角为δδ=(π2-β2)-(π2-α2)]]>=α2-β2]]>=α1+β2]]>即可得出C1点的坐标x1=x0+d·cosδ]]>=x0-a+bβ·sin(β2)·cos(α1+β2)]]>y1=y0-d·sinδ]]>=y0-a+bβ·sin(β2)·sin(α1+β2)]]>假如轨迹测绘仪所运行的是一直线，即β=0，则以上公式变为x1=x0+a+b2cos(α1)]]>y1=y0-a+b2sin(α1)]]>通过以上推导，可以得出以下结论当轨迹仪运行的不是直线，即a≠b时，轨迹仪下一点的坐标和方位角为β=a-bD----α2=α1+β]]>x1=x0+a+bβ·sin(β2)·cos(a1+β2)]]>y1=y0-a+bβ·sin(β2)·sin(α1+β2)]]>当轨迹仪运行的是一条直线，即a=b时，轨迹仪下一点的坐标和方位角为β=0α2=α1x1=x0+a+b2cos(α1)]]>y1=y0-a-b2sin(α1)]]>通过以上公式就可以计算得到轨迹仪在运行过程中任一点的坐标位置和方位角。
本发明的优点和积极效果是1可测试任何形状的轨迹；2可实时显示轨迹的长度；3可一次测量多个轨迹；4可记录并显示每个轨迹的形状、长度和方位；5可实时显示测试中的速度；6精度高，长度可精确到5mm，方位角可精确到至少3°以下；7可单独使用，也可与计算机连接，进行数据交换，实现数据的自动永久储存；8计算机自动进行标准图处理，现场出图，数据由计算机永久保存，便于事后检索查询；9计算机的系统软件功能强大，界面友好，可对轨迹进行多项分析处理；10适应性好，可用于任何状况的路面，也可在任何气候条件下使用；11使用方便，操作简单，后端的出图处理由计算机全自动进行，不需要人工干预。
以上功能是目前任何现场测绘仪器所无法同时具备的。
由于本发明具有以上主要功能，因此可以广泛应用于交通事故、地质勘探、建筑以及其它地面目标的现场图测绘。代替传统的皮尺量测、手工绘制现场图的方法，可以大幅度提高现场测绘的效率和速度，测绘精度也得到较好的保证。在现场测绘方面具有较高的实用价值。
图1和图2为本实用新型的测绘数学原理示意图。
图3为实施例的机械结构示意图，其中(1)为左视图，(2)为主视图，(3)为控制盒部分4的A向视图。
图4为实施例中滚轮车部分的结构示意图，其中(1)为主视剖面图，(2)为右视图(带局部剖面)。
图5为实施例中光电转换机构的结构示意图，其中(1)为主视局部剖图，(2)为A-A剖视图。
图6为实施例中智能控制电路部分的电结构原理图。
图7为实施例中四路光电采集信号电路的单路原理图。
图8为实施例中控制面板外观图。
图9为实施例用于某交通事故现场轨迹测量的要求示意图。
图10为实施例用于该交通事故现场测量轨迹后的结果示意图。
图11为实施例的工作过程框图。
实施例见图3-图11。
仪器的机械总体结构见图3，分为四个大的部分滚轮车部分1、伸缩连接杆部分2、手柄部分3、控制盒部分4。
伸缩杆连接杆部分2，作用是连接手柄与滚轮车，采用三连杆的形式，使用中最长可达到1.2米，适应于任何身高的操作人员，收缩起来，整个仪器仅有0.4米左右，可以放入专制提袋中方便携带。
手柄部分3，采用了人机工学的原理，考虑了操作中人员的舒适性与方便性，同时将电池放于手柄中，结构较为紧凑，更换电池也较为方便。手柄部件中设计了与控制盒部分4相连接的插头座和控制盒插槽，可以方便地与控制盒连接。
控制盒部分4，安装了控制与数据处理线路板、CPU、液晶显示屏、与计算机连接的接口和操作按键。轨迹测量时将其插到手柄上，与滚轮车的数据采集部分以及电源相连，操作较为方便。测量完毕，将其拔出，与计算机连接，进行数据传输。同时控制盒也可单独使用，进行轨迹查询。
滚轮车部分1，其主要功能是轨迹运行及轨迹数据的传感，见图4它由两边轮5、6，轮轴箱7和方向定位器15(罗盘)组成，轮轴箱内有左右分离的传动轴9和10，左右调制盘11和12，电路板13以及其它零部件。设计中充分考虑了轨迹仪的使用环境，采用了密封结构，防水性和密封性都得到保证。图4中14为端盖，16为上盖板，17为档圈，18为轴承，19为紧定销钉。图3中8为紧固螺钉。
滚轮车部分1内光电转换机构的详细结构见图5。13是电路板，正面安装数据采集芯片及其它电子元器件，反面安装红外发射管20及红外接受管21。调制盘12安装在轮轴10上，轮轴的两端用轴承固定在轮轴箱内，其中的一端伸出轮轴箱与边轮连接，轮轴随边轮的滚动而转动，同时带动调制盘12转动。调制盘12边沿上均匀分布着50～100个方形孔，具体数量根据测绘的分辨率而定。调制盘12转动使光电发射管20发射的光信号得到调制，光电接受管21接受到的信号就是一系列的正弦波，数据采集电路根据波形的个数即可判别出边轮所滚过的距离。
该实施例中智能控制电路部分采用ATMEL公司的AT89C51型单片机，其最大特点就是在片内含有Flash存储器。在此基础上扩充1片9155存储器，连接键盘控制电路。整个电路结构原理见图6，由四路光电采集信号电路、液晶显示电路、控制命令按键电路、数据存储电路、RS232接口通信电路几大部分组成。上述各电路及其连接关系都是已有技术，为本专业的普通技术人员所知。
其中四路光电采集信号电路用于采集轨迹信息，其单路工作原理见图7。轨迹测绘仪滚动时对发射光源产生调制，光电接收器产生响应的调制模拟电信号，再经过信号调整电路对其电平进行修正，再由模-数转换器转换成单片机能采集的数字信号。
电路控制程序由51单片机专用汇编语言编写，存储在89C51的4K字节程序存储器中，89C51在程序指挥下控制四路光信号采集电路采集传输而来的轨迹信息，并把数据存储在256K外部存储器中。
每采集完一段轨迹信息，程序计算轨迹长度并把结果传输到液晶显示电路显示，事故现场全部信息轨迹采集完闭后，再控制通信接口电路把全部轨迹信息数据传送到计算机中进行事故平面现场比例图图形处理。
本实施例轨迹测绘仪的工作过程和程序控制可结合轨迹测绘仪的控制面板的命令按键和简单图例来进行说明。轨迹测绘仪的控制面板见图8。
如图9所示的交通事故现场测量轨迹，共需测量轨迹1(道路边缘)、轨迹2(刹车痕迹)、轨迹3(机动车辆)、轨迹4(自行车)、轨迹5(道路边缘)等5段轨迹，操作步骤如下(1)测量时把控制盒插入轨迹测绘仪，轨迹测绘仪放于测量起点，打开电源，轨迹测绘仪进行初始化，自动设置单片机工作模式，中断方式等。等待采集数据。(2)接着按下道路(D)按键，设下本段轨迹类型标志“D”，以便区分采集数据所属轨迹类型。此时LCD液晶屏上显示“D1 S”，表示准备开始采集第一段道路轨迹。(3)按下轨迹采集(S/E)键，沿轨迹路线推动轨迹测绘仪，开始采集道路D1轨迹。采集数据被存储到256K数据存储器指定地址。(4)到达道路D1轨迹终点时，再按下轨迹采集(S/E)键，结束本段轨迹采集，LCD液晶屏上显示“D1 E”和道路D1轨迹长度，表示采集完第一段道路轨迹。(5)沿任一路线(直线最好)推动轨迹测绘仪到达“刹车痕迹”起点，轨迹测绘仪会记录这段路线的信息，以确定“刹车痕迹F1”起点的相对平面坐标。(6)接着按下痕迹(F)按键，设下本段轨迹类型标志“F”，以便区分采集数据所属轨迹类型为痕迹。此时LCD液晶屏上显示“F1 S”，表示准备开始采集第一段痕迹轨迹。
其余测量轨迹操作步骤同前。测量完所有轨�：螅聪隆安杉崾�(stop)”键。表示结束采集状态。(7)按下“查询(seek)”键，可依次显示各段轨迹长度。(8)将轨迹仪上的控制盒拔出并连接到笔记本电脑的通信接口上，打开电脑图形处理程序，选择通信状态，按下控制盒上“发送(TRANFER)”键，就可把采集轨迹全部信息传送给电脑。(10)按“清除数据(Clear)”键，轨迹仪清除E2ROM中的采集数据。(11)按“复位(Reset)”键，轨迹仪将重新进入采集状态。
数据、图形处理软件软件采用Visual Basic或Visual C++高级编程语言设计程序，应用面向对象方法、多媒体技术、交互式界面、矢量图形处理技术。提供完善的WINDOWS环境下的图形绘制工具，编辑功能强大。用户可根据现场情况绘制相应的平面图，图形以矢量方式表示，因此可以任意放大及缩小。
轨迹测绘仪所采集轨迹全部信息传送给电脑后，程序可自动计算绘制出现场特征曲线图，并可轨迹标识自动调取图库中标准物体标识模型绘制交通事故现场图，见图10。
以上实施例仅为了对本实用新型作进一步的说明，而本实用新型的范围不受所举实施例的局限。
权利要求1.一种数字式轨迹测绘仪，其特征是一辆具有两个或两个以上轮子的手推(拉)车中，一对左右轮子中的每个轮子各具有一转动轴，左轮的左转动轴上紧固有与该轴垂直的左调制盘、右轮的右转动轴也紧固有与该轴垂直的右调制盘，每个调制盘上沿圆周均布有多个小孔，在每个调制盘的一侧设有一光电发射管、其对侧设有一光电接受管，每个光电接受管的输出端与一个模拟-数字信号转换单元的输入端相连，该模拟-数字信号转换单元的输出端与单片机中央控制单元的输入端相连。
2.如权利要求1所说的数字式轨迹测绘仪，其特征是所说的光电发射管和光电接受管分别为红外光电发射管和红外光电接受管。
3.如权利要求2所说的数字式轨迹测绘仪，其特征是调制盘上沿圆周均布的小孔为50～100个方形孔。
4.如权利要求3所说的数字式轨迹测绘仪，其特征是手推(拉)车具有两个轮子。
5.如权利要求4所说的数字式轨迹测绘仪，其特征是手推(拉)车具有伸缩杆连接杆。
6.如权利要求5所说的数字式轨迹测绘仪，其特征是具有可插拔的控制盒，控制盒内安装有控制与数据处理线路板、CPU、液晶显示屏以及操作按键，并有与计算机连接的接口。
专利摘要本实用新型为测绘地面轨迹的仪器。一对左右轮子中的每个轮子各具有一紧固有调制盘的转动轴,调制盘上沿圆周均布有多个小孔,在每个调制盘的一侧设有一光电发射管、其对侧设有一光电接受管,每个光电接受管的输出端与模拟－数字信号转换单元的输入端相连,该模拟－数字信号转换单元的输出端与单片机中央控制单元的输入端相连。优点:可测绘任何形状的轨迹,精度高;可与计算机连接,进行数据交换,现场出图;适应性好,使用方便,操作简单。
文档编号G01C7/00GK2435722SQ0022380
公开日2001年6月20日 申请日期2000年7月26日 优先权日2000年7月26日
发明者杨文运, 唐福萍, 程进, 陈宇红, 浦恩超 申请人:云南省道路交通管理科学技术研究所, 昆明物理研究所
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