一種新型3m直尺在道路施工中的應用與研究

馬春燕 賴學彤

摘要：路面平整度測量是判斷路面質量的重要指標之一，常用的測量平整度的裝置——3 m直尺，因其需要人工操作具有較多的缺點，增加了人力資源的消耗，增多了時間成本的浪費等，改良3 m直尺從而提高測量效率與提高測量精度，尤為重要。文章基于普通3 m直尺的局限處，通過改良3 m直尺，增強其功能性，改善了其使用效果，在路面平整度測量上將有較廣應用前景。

[作者簡介]馬春燕（2000—），女，在讀本科，研究方向為道路施工測量;賴學彤（2000—），女，在讀本科，研究方向為道路施工測量。

1 新型3 m直尺結構的組成與特點

1.1 裝置特點

基于傳統3 m直尺以及紅外線的發展和應用背景以及對其缺陷的了解分析，本文所介紹的一種全自動3 m直尺，其目的在于提高工作效率以及增加檢測數據的準確性。該改良3 m直尺特征主要在于：包括測量尺本體、處理器和接收終端。

較傳統3 m直尺，本文所述改良3 m直尺從功能上具有的特點為：

（1）新增自動讀數功能：傳統3 m直尺需人工測量肉眼讀數，本文所介紹改良全自動3 m直尺在尺身增加紅外線發射與接收裝置進行自動讀數。

（2）新增數據記錄與存儲功能：傳統3 m直尺所測量數據由操作員記錄在紙上，為避免數據遺漏或丟失、手抄數據時出錯、縮短操作時間，本文所述改良全自動3 m直尺通過處理器將數據傳送至接收終端——數據記錄儀，由顯示屏顯示其讀數數據并存儲在記錄儀中。

（3）新增語音播報與打印功能：傳統3 m直尺作為一種簡單的測量儀器不含語音播報與打印功能，該功能可實時反饋測量數據、提高工作效率。

1.2 裝置組成

1.2.1 測量尺本體部分

（1）該改良全自動3 m直尺測量尺本體尺桿自由端靠近端部處設有卡接塊及與該卡接塊對應配合的卡槽。在轉動2個尺桿進行折疊收納時，轉動2個尺桿相互貼合，此時一個尺桿的卡塊嵌入另一個尺桿的卡槽中實現卡接，如圖1、圖2所示，將兩個尺桿進行卡接固定，提高其折疊收納后連接的穩定性。

（2）該改良全自動3 m直尺測量尺本體由兩個尺桿轉動連接，任一尺桿均長為1.5 m，展開總長為3 m。尺桿3設有卡接塊，另一個尺桿轉動設有卡接片;上述卡接片設有與上述卡接塊配合的卡接槽，兩個尺桿轉動展開后，通過轉動卡接片，使卡接塊嵌入卡接片上的卡接槽中實現卡接，如圖3所示，如此卡接塊與卡接片實現連接，防止了兩個尺桿相互轉動，如此使用2個尺桿進行檢測時不會出現彎曲現象，提高測量結果精度。

（3）該改良全自動3 m直尺測量尺本體沿其長度方向設置多個檢測模塊，任一所述檢測模塊包括紅外線發射模塊和紅外線接收模塊，如圖4所示紅外線發射模塊、所述紅外線接收模塊和所述接收終端均與所述處理器電連接。

（4）該改良全自動3 m直尺測量尺本體設有水準泡，可以多方向顯示測量尺本體的水平狀態，提高測量精度（圖1）。

1.2.2 處理器部分

該改良3 m直尺測量尺采用AT89S51芯片。AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS8位處理器，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，能對接收到的信息進行及時有效的處理。需要說明的是，處理器可以是一種集成電路芯片，具有信號處理能力。該處理器可以是通用處理器，包括中央處理器、網絡處理器等;還可以是數字信號處理器、專用集成電路、現場可編程門陣列或者其他可編程邏輯器件、分立門或者晶體管邏輯器件、分立硬件組件。

1.2.3 接收終端部分

（1）該全自動3 m直尺接收終端包括顯示模塊，其顯示模塊與前文AT89S51處理器電連接，如此便于通過顯示模塊對相關數據進行顯示，供測量人員查看，顯示模塊可采用顯示屏13。

（2）該改良全自動3 m直尺測量尺接收終端包括語音播報模塊，該語音播報模塊與前文AT89S51處理器電連接。

（3）該改良全自動3 m直尺測量尺接收終端包括數據存儲模塊，所述數據存儲模塊與前文AT89S51處理器電連接，存儲模塊可采用存儲卡。

（4）該改良全自動3 m直尺測量尺接收終端包括蓄電池，所述蓄電池與前文AT89S51處理器電連接，可通過充電接頭給數據記錄儀充電。

（5）該改良全自動3 m直尺測量尺接收終端包括語音播報模塊[5]，上述語音播報模塊與前文AT89S51處理器電連接。

（6）該全自動3 m直尺數據記錄儀9還可設置打印功能，比如小型的打印機，可在數據記錄儀9設置打印口12，便于將相關數據打印在紙張上從打印口12移動出來。

2 實施方案

2.1 工作原理

傳感器是能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求[2]。紅外傳感器是利用紅外線來進行傳感的儀器， 英文名稱為infra-red sensor，是一種以紅外線為介質來完成測量功能的傳感器[7]。紅外傳感器使用三角測量原理對距離進行測量。紅外線發射器發射光線，光線會在與物體相遇后反射回來。反射光線被檢測器檢測以及接收。在此之后，通過偏移值、發射角度、中心距，和濾鏡焦距的值來對距離進行計算。紅外測距模塊反應速度較快，成本低。

將該全自動3 m直尺放置于待檢測的路面，由紅外線發射模塊1向直尺底部路面發射紅外線，經過路面反射后通過紅外線接收模塊2接收，并將信號傳遞到處理器，通過發射和接收時間差可以計算出距離。經由處理器處理后將相關數據傳輸到接收終端，測量人員可以通過接收終端了解檢測路面的間隙數據，操作簡單，提高測量精度，節省人力。

該全自動3 m直尺可實現數據的只讀取不存儲或存讀并行兩種模式，將所測量的間隙存儲，在顯示屏13上顯示，通過控制按鈕10控制實現打印及語言播報功能。

2.2 實施過程

本裝置由測量尺本體、處理器和接收終端組成，在實際測量路面平整度過程中，將測量尺本體放置于需要檢測的路面，紅外線發射模塊朝著測量尺本體底部的路面發射紅外線，經過路面反射后通過紅外線接收模塊接收，并將信號傳遞到處理器，根據發射和接收時間差可以計算出距離，通過處理器處理后將相關數據傳輸到接收終端進行接收，用戶可以通過接收終端了解檢測路面的間隙數據，在數據記錄儀上實現顯示、存儲、記錄等功能，還有只讀取不存儲和存讀并行兩種數據模式，擴展了對數據處理的能力，同時，加裝有語音播報功能，避免了在戶外陽光下面板讀數顯示不清晰的情況。綜上，本裝置通過實現自動化測量，進行數據記錄、存儲等后續一系列操作，使得通過3 m直尺測量路面平整度的方式得以改良，具有操作簡單，提高測量精度，節省人力等優點。

3 工程應用

3 m直尺作為傳統的測量路面平整度的裝置，在公路施工工程質量監測上有重要作用，該新型3 m直尺在道路工程、建筑工程、機場跑道工程、橋梁工程、隧道工程等工程中對其工程的質量控制方面具有重要作用。

在道路工程上[4]，如圖5所示，本新型3 m直尺在原有普通3 m直尺基礎上通過改良，使其實現自動化測量、數據存儲及記錄等功能，提高了3 m直尺的使用性及功能性。改良后的新型3 m直尺作為平整度測量的裝置，它的實用性大大增強了，將其應用于基礎的公路施工中的平整度測量上時，因其自動化的特點及數據處理上的功能特點等，在工程中節約部分人力資源及時間成本，一定程度上提高測量的精度，使得測量過程簡單、易操作，數據處理便捷。

在建筑工程上，需要對平整度進行測量的位置，本新型3 m直尺也能使用，例如在混凝土工程中澆筑混凝土平面的平整度測量[5]，如圖6所示，在現澆混凝土工程實施過程中，澆筑后為確保后續在現澆混凝土結構的基礎上施工的安全性及質量要求，要對現澆混凝土結構的底板及頂板的平整度進行測量，本新型3 m直尺可作為一種測量裝置進行現澆混凝土的平整度測量。另外，建筑工程中，屋面的排水具有極其重要的意義，建筑房屋屋頂排水面層的平整度影響著屋面排水的能力，平整度不佳的屋面其排水能力下降，可能造成屋面局部積水、破壞排水坡結構，侵蝕建筑屋頂等問題，而本文所述新型3 m直尺可更大精度測量屋面平整度、減少屋面受雨水損害、降低財力損失等[6]。同時，對于裝飾工程，裝飾面的平整度測量對工程質量有極大的影響，該3 m直尺可以作為測量裝置對裝飾面的平整度進行測量。

本新型3 m直尺可應用于機楊跑道道面平整度的測量與控制，將有效提高作業效率與質量，能對前述道面平整度進一步控制以縮小道面平整度所能產生的不良影響[7]。

在隧道工程[8]上，隧道在進行作業時，需要涉及多方的專業知識，考量多項影響因素，故對隧道的質量要求很高。本新型3 m直尺作為平整度測量的裝置，在隧道工程中也有一定的作用。隧道開挖后，隧道的表面平整度對后續工作有著重要影響，如排水、鋪設等工作。該3 m直尺可以作為一種隧道內部平整度測量的裝置，在隧道中，其語言播報功能也能得以發揮。

在橋梁工程[9]上，橋梁建設是我國基建的重點之一，橋梁的質量與我們的生活密切相關，在橋梁的鋪設過程中，路面的平整度非常重要，本文所述新型改良3 m直尺可以精準、快捷地在施工過程中把控橋梁工程路面平整度可能存在的問題。

本文所述新型3 m直尺，在各項工程的平整度測量上有較大的用途，在一定程度上，提高了測量的精度，節約人力資源、時間成本等，對平整度測量這一工作來說，具有極大的作用。

4 結束語

本文基于3 m直尺在公路施工中的應用，以普通3 m直尺為基礎，改良其裝置，加裝紅外線等以實現功能性的增強，拓寬該新型3 m直尺的應用范圍，使其在工程中的應用更多。該新型3 m直尺與普通3 m直尺相比，增加了紅外線發射與接收單元、數據處理器、傳感器等裝置，使其具有了更多的功能。加裝紅外線發射與接收單元以實現自動化進行平整度測量的功能，加裝傳感器以實現光信號到電信號的轉化功能，加裝處理器以實現對數據處理及存儲的功能，另外，增加語言播報功能、只讀取不存儲和存讀并行兩種數據模式功能等。

在實際應用過程中，可以預見，新型3 m直尺在公路工程中的應用前景是可觀的，在現澆混凝土結構工程中對現澆混凝土表面的平整度測量也是有應用前景的，類似地，該新型3 m直尺在各類工程的平整度測量上都有應用前景，比如裝飾工程的平面平整度測量、橋面工程的平整度測量等。

參考文獻

[1] 朱樂樂，李康，陳慶，等.基于單片機的語音播報器的研究[J].電腦知識與技術，2021，17（16）：209-210+219.

[2] 李萍，羅云，杜寧寧.中國傳感器的創新發展[J].華東科技，2021（6）：70-75.

[3] 趙璐，孫焱，張晚秋.基于紅外傳感器距離檢測技術的互動演示裝置設計[J].智庫時代，2018（33）：192-193.

[4] 嚴興斌.淺談市政道路工程施工質量控制的措施[J].四川建筑，2018，38（1）：246+249.

[5] 羅國豪，馮明，吳佩鋒.一種提高現澆砼底板表面平整度的施工技術及工程應用[J].科學技術創新，2021（19）：149-151.

[6] 張蕊.住宅屋面及相關設施修繕改造關鍵技術探析[J].住宅科技，2020，40（7）：60-63.

[7] 趙海.談機場道面平整度檢測技術[J].山西建筑，2021，47（10）：118-120.

[8] 李斌成.隧道工程質量通病成因及工程處治對策芻議[J].四川建筑，2009，29（3）：76-78.

[9] 李連峰，吳秋福，辛少軍.橋梁施工的質量控制探討[J].四川建筑，2010，30（4）：210-211.