一种新型3m直尺在道路施工中的应用与研究

马春燕 赖学彤

摘要：路面平整度测量是判断路面质量的重要指标之一，常用的测量平整度的装置——3 m直尺，因其需要人工操作具有较多的缺点，增加了人力资源的消耗，增多了时间成本的浪费等，改良3 m直尺从而提高测量效率与提高测量精度，尤为重要。文章基于普通3 m直尺的局限处，通过改良3 m直尺，增强其功能性，改善了其使用效果，在路面平整度测量上将有较广应用前景。

[作者简介]马春燕（2000—），女，在读本科，研究方向为道路施工测量;赖学彤（2000—），女，在读本科，研究方向为道路施工测量。

1 新型3 m直尺结构的组成与特点

1.1 装置特点

基于传统3 m直尺以及红外线的发展和应用背景以及对其缺陷的了解分析，本文所介绍的一种全自动3 m直尺，其目的在于提高工作效率以及增加检测数据的准确性。该改良3 m直尺特征主要在于：包括测量尺本体、处理器和接收终端。

较传统3 m直尺，本文所述改良3 m直尺从功能上具有的特点为：

（1）新增自动读数功能：传统3 m直尺需人工测量肉眼读数，本文所介绍改良全自动3 m直尺在尺身增加红外线发射与接收装置进行自动读数。

（2）新增数据记录与存储功能：传统3 m直尺所测量數据由操作员记录在纸上，为避免数据遗漏或丢失、手抄数据时出错、缩短操作时间，本文所述改良全自动3 m直尺通过处理器将数据传送至接收终端——数据记录仪，由显示屏显示其读数数据并存储在记录仪中。

（3）新增语音播报与打印功能：传统3 m直尺作为一种简单的测量仪器不含语音播报与打印功能，该功能可实时反馈测量数据、提高工作效率。

1.2 装置组成

1.2.1 测量尺本体部分

（1）该改良全自动3 m直尺测量尺本体尺杆自由端靠近端部处设有卡接块及与该卡接块对应配合的卡槽。在转动2个尺杆进行折叠收纳时，转动2个尺杆相互贴合，此时一个尺杆的卡块嵌入另一个尺杆的卡槽中实现卡接，如图1、图2所示，将两个尺杆进行卡接固定，提高其折叠收纳后连接的稳定性。

（2）该改良全自动3 m直尺测量尺本体由两个尺杆转动连接，任一尺杆均长为1.5 m，展开总长为3 m。尺杆3设有卡接块，另一个尺杆转动设有卡接片;上述卡接片设有与上述卡接块配合的卡接槽，两个尺杆转动展开后，通过转动卡接片，使卡接块嵌入卡接片上的卡接槽中实现卡接，如图3所示，如此卡接块与卡接片实现连接，防止了两个尺杆相互转动，如此使用2个尺杆进行检测时不会出现弯曲现象，提高测量结果精度。

（3）该改良全自动3 m直尺测量尺本体沿其长度方向设置多个检测模块，任一所述检测模块包括红外线发射模块和红外线接收模块，如图4所示红外线发射模块、所述红外线接收模块和所述接收终端均与所述处理器电连接。

（4）该改良全自动3 m直尺测量尺本体设有水准泡，可以多方向显示测量尺本体的水平状态，提高测量精度（图1）。

1.2.2 处理器部分

该改良3 m直尺测量尺采用AT89S51芯片。AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位处理器，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，能对接收到的信息进行及时有效的处理。需要说明的是，处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。该处理器可以是通用处理器，包括中央处理器、网络处理器等;还可以是数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

1.2.3 接收终端部分

（1）该全自动3 m直尺接收终端包括显示模块，其显示模块与前文AT89S51处理器电连接，如此便于通过显示模块对相关数据进行显示，供测量人员查看，显示模块可采用显示屏13。

（2）该改良全自动3 m直尺测量尺接收终端包括语音播报模块，该语音播报模块与前文AT89S51处理器电连接。

（3）该改良全自动3 m直尺测量尺接收终端包括数据存储模块，所述数据存储模块与前文AT89S51处理器电连接，存储模块可采用存储卡。

（4）该改良全自动3 m直尺测量尺接收终端包括蓄电池，所述蓄电池与前文AT89S51处理器电连接，可通过充电接头给数据记录仪充电。

（5）该改良全自动3 m直尺测量尺接收终端包括语音播报模块[5]，上述语音播报模块与前文AT89S51处理器电连接。

（6）该全自动3 m直尺数据记录仪9还可设置打印功能，比如小型的打印机，可在数据记录仪9设置打印口12，便于将相关数据打印在纸张上从打印口12移动出来。

2 实施方案

2.1 工作原理

传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求[2]。红外传感器是利用红外线来进行传感的仪器， 英文名称为infra-red sensor，是一种以红外线为介质来完成测量功能的传感器[7]。红外传感器使用三角测量原理对距离进行测量。红外线发射器发射光线，光线会在与物体相遇后反射回来。反射光线被检测器检测以及接收。在此之后，通过偏移值、发射角度、中心距，和滤镜焦距的值来对距离进行计算。红外测距模块反应速度较快，成本低。

将该全自动3 m直尺放置于待检测的路面，由红外线发射模块1向直尺底部路面发射红外线，经过路面反射后通过红外线接收模块2接收，并将信号传递到处理器，通过发射和接收时间差可以计算出距离。经由处理器处理后将相关数据传输到接收终端，测量人员可以通过接收终端了解检测路面的间隙数据，操作简单，提高测量精度，节省人力。

该全自动3 m直尺可实现数据的只读取不存储或存读并行两种模式，将所测量的间隙存储，在显示屏13上显示，通过控制按钮10控制实现打印及语言播报功能。

2.2 实施过程

本装置由测量尺本体、处理器和接收终端组成，在实际测量路面平整度过程中，将测量尺本体放置于需要检测的路面，红外线发射模块朝着测量尺本体底部的路面发射红外线，经过路面反射后通过红外线接收模块接收，并将信号传递到处理器，根据发射和接收时间差可以计算出距离，通过处理器处理后将相关数据传输到接收终端进行接收，用户可以通过接收终端了解检测路面的间隙数据，在数据记录仪上实现显示、存储、记录等功能，还有只读取不存储和存读并行两种数据模式，扩展了对数据处理的能力，同时，加装有语音播报功能，避免了在户外阳光下面板读数显示不清晰的情况。综上，本装置通过实现自动化测量，进行数据记录、存储等后续一系列操作，使得通过3 m直尺测量路面平整度的方式得以改良，具有操作简单，提高测量精度，节省人力等优点。

3 工程应用

3 m直尺作为传统的测量路面平整度的装置，在公路施工工程质量监测上有重要作用，该新型3 m直尺在道路工程、建筑工程、机场跑道工程、桥梁工程、隧道工程等工程中对其工程的质量控制方面具有重要作用。

在道路工程上[4]，如图5所示，本新型3 m直尺在原有普通3 m直尺基礎上通过改良，使其实现自动化测量、数据存储及记录等功能，提高了3 m直尺的使用性及功能性。改良后的新型3 m直尺作为平整度测量的装置，它的实用性大大增强了，将其应用于基础的公路施工中的平整度测量上时，因其自动化的特点及数据处理上的功能特点等，在工程中节约部分人力资源及时间成本，一定程度上提高测量的精度，使得测量过程简单、易操作，数据处理便捷。

在建筑工程上，需要对平整度进行测量的位置，本新型3 m直尺也能使用，例如在混凝土工程中浇筑混凝土平面的平整度测量[5]，如图6所示，在现浇混凝土工程实施过程中，浇筑后为确保后续在现浇混凝土结构的基础上施工的安全性及质量要求，要对现浇混凝土结构的底板及顶板的平整度进行测量，本新型3 m直尺可作为一种测量装置进行现浇混凝土的平整度测量。另外，建筑工程中，屋面的排水具有极其重要的意义，建筑房屋屋顶排水面层的平整度影响着屋面排水的能力，平整度不佳的屋面其排水能力下降，可能造成屋面局部积水、破坏排水坡结构，侵蚀建筑屋顶等问题，而本文所述新型3 m直尺可更大精度测量屋面平整度、减少屋面受雨水损害、降低财力损失等[6]。同时，对于装饰工程，装饰面的平整度测量对工程质量有极大的影响，该3 m直尺可以作为测量装置对装饰面的平整度进行测量。

本新型3 m直尺可应用于机杨跑道道面平整度的测量与控制，将有效提高作业效率与质量，能对前述道面平整度进一步控制以缩小道面平整度所能产生的不良影响[7]。

在隧道工程[8]上，隧道在进行作业时，需要涉及多方的专业知识，考量多项影响因素，故对隧道的质量要求很高。本新型3 m直尺作为平整度测量的装置，在隧道工程中也有一定的作用。隧道开挖后，隧道的表面平整度对后续工作有着重要影响，如排水、铺设等工作。该3 m直尺可以作为一种隧道内部平整度测量的装置，在隧道中，其语言播报功能也能得以发挥。

在桥梁工程[9]上，桥梁建设是我国基建的重点之一，桥梁的质量与我们的生活密切相关，在桥梁的铺设过程中，路面的平整度非常重要，本文所述新型改良3 m直尺可以精准、快捷地在施工过程中把控桥梁工程路面平整度可能存在的问题。

本文所述新型3 m直尺，在各项工程的平整度测量上有较大的用途，在一定程度上，提高了测量的精度，节约人力资源、时间成本等，对平整度测量这一工作来说，具有极大的作用。

4 结束语

本文基于3 m直尺在公路施工中的应用，以普通3 m直尺为基础，改良其装置，加装红外线等以实现功能性的增强，拓宽该新型3 m直尺的应用范围，使其在工程中的应用更多。该新型3 m直尺与普通3 m直尺相比，增加了红外线发射与接收单元、数据处理器、传感器等装置，使其具有了更多的功能。加装红外线发射与接收单元以实现自动化进行平整度测量的功能，加装传感器以实现光信号到电信号的转化功能，加装处理器以实现对数据处理及存储的功能，另外，增加语言播报功能、只读取不存储和存读并行两种数据模式功能等。

在实际应用过程中，可以预见，新型3 m直尺在公路工程中的应用前景是可观的，在现浇混凝土结构工程中对现浇混凝土表面的平整度测量也是有应用前景的，类似地，该新型3 m直尺在各类工程的平整度测量上都有应用前景，比如装饰工程的平面平整度测量、桥面工程的平整度测量等。

参考文献

[1] 朱乐乐，李康，陈庆，等.基于单片机的语音播报器的研究[J].电脑知识与技术，2021，17（16）：209-210+219.

[2] 李萍，罗云，杜宁宁.中国传感器的创新发展[J].华东科技，2021（6）：70-75.

[3] 赵璐，孙焱，张晚秋.基于红外传感器距离检测技术的互动演示装置设计[J].智库时代，2018（33）：192-193.

[4] 严兴斌.浅谈市政道路工程施工质量控制的措施[J].四川建筑，2018，38（1）：246+249.

[5] 罗国豪，冯明，吴佩锋.一种提高现浇砼底板表面平整度的施工技术及工程应用[J].科学技术创新，2021（19）：149-151.

[6] 张蕊.住宅屋面及相关设施修缮改造关键技术探析[J].住宅科技，2020，40（7）：60-63.

[7] 赵海.谈机场道面平整度检测技术[J].山西建筑，2021，47（10）：118-120.

[8] 李斌成.隧道工程质量通病成因及工程处治对策刍议[J].四川建筑，2009，29（3）：76-78.

[9] 李连峰，吴秋福，辛少军.桥梁施工的质量控制探讨[J].四川建筑，2010，30（4）：210-211.