一種適應(yīng)低速及變速測(cè)量的平整度檢測(cè)裝置及方法與流程
本發(fā)明屬于交通路面平整度評(píng)價(jià)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種路面平整度評(píng)價(jià)裝置及方法，具體涉及一種適應(yīng)低速及變速測(cè)量的平整度檢測(cè)裝置及方法。
背景技術(shù)：
路面平整度是路面評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)，不僅影響駕駛員及乘客行駛舒適度，而且還與車輛振動(dòng)、運(yùn)行速度、輪胎的磨損及車輛運(yùn)營(yíng)費(fèi)用等有關(guān)，是一個(gè)涉及人、車、路3方面的指標(biāo)。路面平整度也是路面使用性能指標(biāo)之一，1960年AASHTO道路試驗(yàn)研究表明大約95％的路面服務(wù)性能來(lái)自于道路表面的平整度。路面長(zhǎng)期使用性能(LTPP)的研究表明，路面平整度特別是初始路面平整度將嚴(yán)重影響路面使用壽命。
路面行駛質(zhì)量指數(shù)與國(guó)際平整度指數(shù)IRI(International Roughness Index)直接相關(guān)，IRI是由世界銀行1982年在巴西進(jìn)行的國(guó)際平整度試驗(yàn)則完整而系統(tǒng)地提出了IRI的計(jì)算模型與計(jì)算方法。采用1/4車模型，以80km/h速度在已知斷面上行駛，計(jì)算一定行駛距離內(nèi)懸掛系統(tǒng)的累積位移為IRI。IRI綜合了斷面類與動(dòng)態(tài)類平整度測(cè)定方法的優(yōu)點(diǎn)而得到的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)靜態(tài)斷面高程數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)算后得到的動(dòng)態(tài)變量。IRI具有與車輛振動(dòng)的動(dòng)態(tài)反應(yīng)相關(guān)、結(jié)果具有時(shí)間穩(wěn)定性、結(jié)果具有有效性、具有可轉(zhuǎn)移性，是目前國(guó)際上廣泛采用的平整度指標(biāo)。
公路平整度檢測(cè)方式主要有直接式和間接式兩種。直接式方法是通過(guò)測(cè)量路面縱向輪廓獲得路面平整度；間接式方法則通過(guò)測(cè)量路面凹凸引起的顛簸間接反映路面平整情況。本發(fā)明的平整度測(cè)量方法為直接式測(cè)量方式，常用的直接式平整度檢測(cè)方法有3m直尺測(cè)量法、連續(xù)式八輪路面平整度儀法、連續(xù)平整度檢測(cè)儀法。對(duì)與本發(fā)明近似的技術(shù)方案進(jìn)行如下闡述：
(1)3m直尺法。3m直尺法將直尺基準(zhǔn)面距離路表面的最大間隙定義為路面平整度，3m直尺法為傳統(tǒng)人工測(cè)量方法；
3m直尺法直為傳統(tǒng)人工測(cè)量方法，此種方法存在測(cè)量效率低、安全隱患大、影響交通、測(cè)量結(jié)果受人為因素干擾等問題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)平整度的快速、準(zhǔn)確測(cè)量；
(2)連續(xù)式八輪路面平整度儀。此種儀器有4輪、5輪、8輪、16輪式多種類別([文獻(xiàn)1、2])，我國(guó)JTJ059-95《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)儀器僅僅限于3m的8輪平整度儀，它每隔10cm自動(dòng)采集路面凹凸偏差值(相當(dāng)用3米直尺中間位置的間隙值)，來(lái)評(píng)價(jià)該路段的平整度；
此方法的缺點(diǎn)是受測(cè)量輪的機(jī)械特性影響較大，測(cè)量車的牽引速度太低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)平整度的快速測(cè)量；
(3)連續(xù)平整度檢測(cè)儀。它利用傳感器裝置獲取路面的真實(shí)輪廓，其實(shí)現(xiàn)方式為測(cè)距機(jī)與加速度計(jì)相結(jié)合，它通過(guò)測(cè)距機(jī)測(cè)量路面與測(cè)距機(jī)的相對(duì)距離，并通過(guò)加速度計(jì)直接積分獲取檢測(cè)車自身顛簸引起的上下震動(dòng)位移，再?gòu)臏y(cè)距機(jī)數(shù)據(jù)中消除檢測(cè)車自身顛簸引起的路面輪廓測(cè)量誤差，進(jìn)而獲得路面平整情況。
現(xiàn)有的連續(xù)平整度檢測(cè)儀往往由測(cè)量傳感器(測(cè)距機(jī)、加速度計(jì)、編碼器、GPS接收器等)、計(jì)算機(jī)、控制器、數(shù)據(jù)采集器等多個(gè)模塊組成，模塊之間存在耦合度高，系統(tǒng)整體復(fù)雜度高、集成度低、維護(hù)性和可靠性差等問題，有必要發(fā)明一種系統(tǒng)整體復(fù)雜度低、集成度高、維護(hù)性和可靠性強(qiáng)的平整度測(cè)量系統(tǒng)；且此種檢測(cè)方法僅適用于在高速、勻速情況下進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)；一方面，在非勻速、低速情況下，通過(guò)加速度計(jì)直接二積分獲取檢測(cè)車震動(dòng)位移的方式將產(chǎn)生很大的誤差，導(dǎo)致測(cè)量的路面輪廓與路面真實(shí)輪廓具有明顯差異；另一方面，低速測(cè)量區(qū)間，由于加速度計(jì)數(shù)據(jù)一次積分獲取的震動(dòng)速度存在較大誤差，此震動(dòng)速度誤差對(duì)后續(xù)正常測(cè)量區(qū)間的載車震動(dòng)速度進(jìn)行累積影響，通過(guò)震動(dòng)速度一次積分獲得的震動(dòng)距離將存在很大測(cè)量誤差，測(cè)量結(jié)果無(wú)法滿足檢查要求，隨著交通日益繁忙擁堵，在檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)非勻速、低速情況將是普遍現(xiàn)象，為了更適應(yīng)實(shí)際交通情況，必須解決適應(yīng)于不同速度(非勻速、低速、高速、勻速)情況下的平整度測(cè)量問題。
[文獻(xiàn)1]陳柏年.公路工程專業(yè)檢測(cè)技術(shù)中測(cè)量不確定度評(píng)定講座[J].計(jì)量檢測(cè)與監(jiān)測(cè),2004(8):29-31.
[文獻(xiàn)2]Suksawat B.Development of multifunction international roughness index and profile measuring device[C]//Control,Automation and Systems(ICCAS),2011 11th International Conference on.IEEE,2011:795-799.
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種適應(yīng)低速及變速測(cè)量的平整度檢測(cè)裝置及方法。
本發(fā)明的裝置所采用的技術(shù)方案是：一種適應(yīng)低速及變速測(cè)量的平整度檢測(cè)裝置，其特征在于：包括信號(hào)接收單元、信號(hào)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)處理單元、平整度輸出單元；所述信號(hào)接收單元用于接收外界提供的測(cè)量傳感器信號(hào)，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元將測(cè)量傳感器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，所述數(shù)據(jù)處理單元用于平整度計(jì)算，所述平整度輸出單元向外界提供平整度檢測(cè)結(jié)果。
作為優(yōu)選，所述測(cè)量傳感器包括測(cè)距機(jī)、加速度計(jì)、編碼器/GPS。
本發(fā)明的方法所采用的技術(shù)方案是：一種適應(yīng)低速及變速測(cè)量的平整度檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟1：信號(hào)接收單元接收外界提供的測(cè)量傳感器信號(hào)；
步驟2：信號(hào)轉(zhuǎn)換單元將測(cè)量傳感器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；
步驟3：數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行平整度計(jì)算；
步驟4：平整度輸出單元向外界提供平整度檢測(cè)結(jié)果。
作為優(yōu)選，步驟2的具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟：
步驟2.1：信號(hào)接收單元將接收的模擬電壓/電流信號(hào)傳輸給信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將進(jìn)入的信號(hào)1:P的轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)；
步驟2.2：利用濾波電路對(duì)模擬電壓信號(hào)進(jìn)行濾波處理，進(jìn)而抑止信號(hào)線上的共模干擾，同時(shí)衰減高頻干擾信號(hào)；
步驟2.3：AD轉(zhuǎn)換電路將濾波后的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)；
步驟2.4：將轉(zhuǎn)變后的數(shù)字信號(hào)傳輸給數(shù)據(jù)處理單元。
作為優(yōu)選，步驟3的具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟：
步驟3.1：輸入待計(jì)算區(qū)間原始數(shù)據(jù)；
根據(jù)平整度計(jì)算區(qū)間要求，向數(shù)據(jù)處理單元輸入平整度待計(jì)算區(qū)間的原始信號(hào)數(shù)據(jù)，所述原始信號(hào)數(shù)據(jù)包括里程信號(hào)Sh、測(cè)距機(jī)信號(hào)SL、加速度計(jì)VvA信號(hào)；
步驟3.2：計(jì)算行車速度；
其中Vhi為第i個(gè)點(diǎn)采樣時(shí)刻的行車速度，Shi+m、Shi-m分別為第i+m、i-m個(gè)點(diǎn)采樣時(shí)刻的里程位置，F(xiàn)samp為模擬信號(hào)采集器的采樣頻率；
步驟3.3：選取有效測(cè)量數(shù)據(jù)；
依據(jù)里程信號(hào)及行車速度信息，選取部分有效數(shù)據(jù)，即剔除部分超低速冗余數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)選取方法為：當(dāng)測(cè)量速度Vh≥Tv時(shí)，原始數(shù)據(jù)均為有效數(shù)據(jù)；當(dāng)測(cè)量速度Vh＜Tv時(shí)，在原始采樣數(shù)據(jù)中，依據(jù)采樣點(diǎn)序號(hào)，按Vh/Tv比例均勻選取數(shù)據(jù)或按Vh/Tv比例截取數(shù)據(jù)作為當(dāng)前有效數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄當(dāng)前有效數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的行車速度；其中Tv為速度閾值；
步驟3.4：計(jì)算行車加速度；
對(duì)當(dāng)前有效數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的行車速度{Vhi|i＝1,2,…,n}，其中n為當(dāng)前有效數(shù)據(jù)點(diǎn)的總個(gè)數(shù)，先進(jìn)行濾波，得到濾波后的行車速度{Vhi'|i＝1,2,…,n}，再計(jì)算初始行車加速度，計(jì)算公式如下：
VhAoi＝(Vh'i+1-Vh'i)·Fsamp (式2)；
其中VhAoi為當(dāng)前第i個(gè)有效點(diǎn)采樣時(shí)刻的初始行車加速度速度，再對(duì)初始行車加速度進(jìn)行濾波，得到最終行車加速度{VhAi|i＝1,2,…,n}；
步驟3.5：基于行車加速度的數(shù)據(jù)自適應(yīng)分段；
利用閾值Tpre，初步判斷當(dāng)前有效數(shù)據(jù)是否需要進(jìn)行分段；
若需要分段，則Flag＝1，否則Flag＝0，式3中N＝{1,2,…,n}；
若當(dāng)前有效數(shù)據(jù)需要進(jìn)行分段，則利用閾值Tacc對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行精確分段，對(duì)任一數(shù)據(jù)段Segj，數(shù)據(jù)分段要求如下：
其中FlagAbj為第j個(gè)數(shù)據(jù)段是否為急加減速段的標(biāo)記值，值為1表示為急加減速段，值為0表示為正常測(cè)量段，section為當(dāng)前有效數(shù)據(jù)被分割的數(shù)據(jù)段總個(gè)數(shù)，其中Segj為第j個(gè)數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)序號(hào)集合，SIDj為第j個(gè)數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)起始序號(hào)，Cntj為第j個(gè)數(shù)據(jù)段對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的總個(gè)數(shù)據(jù)；
步驟3.6：分段獲取載車上下震動(dòng)距離；
對(duì)任意第j段內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)加速度計(jì)數(shù)據(jù)一次積分，獲取載車上下震動(dòng)速度，通過(guò)載車上下震動(dòng)速度一次積分，獲取載車上下震動(dòng)距離，計(jì)算公式如下：
Vvi＝Vvi-1+VvAi/Fsamp,i＝SIDj+1,SIDj+2,…,SIDj+Cntj-1 (式5)；
Svi＝Svi-1+Vvi/Fsamp,i＝SIDj+1,SIDj+2,…,SIDj+Cntj-1 (式6)；
其中j∈{1,2,…,section}，Vvi、VvAi、Svi分別為當(dāng)前第i個(gè)采樣點(diǎn)的載車上下震動(dòng)速度、載車上下震動(dòng)加速度、載車上下震動(dòng)距離；其中Vvi-1、Svi-1分別為當(dāng)前第i-1個(gè)采樣點(diǎn)時(shí)的載車上下震動(dòng)速度、載車上下震動(dòng)距離，i∈Segj，另外，當(dāng)i＝SIDj，Vvi＝0,Svi＝0；
步驟3.7：分段獲取路面縱斷面輪廓；
結(jié)合測(cè)距機(jī)數(shù)據(jù)和載車上下震動(dòng)距離，計(jì)算各段內(nèi)的路面縱斷面輪廓，計(jì)算公式如下：
Profilei＝SetV-SLi-Svi (式7)；
其中Profilei、SLi分別為當(dāng)前第i個(gè)采樣點(diǎn)的斷面相對(duì)高程、測(cè)距機(jī)測(cè)量的距離，SetV為測(cè)距機(jī)安裝高度；
步驟3.8：路面縱斷面輪廓拼接；
將各段的縱斷面輪廓進(jìn)行拼接，其中對(duì)第j段內(nèi)的路面縱斷面輪廓拼接公式如下：
Profile'i＝Profile'p+Profilei (式8)；
其中j∈{2,…,section}，Profile'i、Profile'p分別為斷面拼接后第i、p個(gè)采樣點(diǎn)的斷面相對(duì)高程，其中p＝SIDj，i∈Segj；
對(duì)拼接后的斷面，進(jìn)行濾波處理，得到最終的路面縱斷面高程Profile”i，i＝1,2,…,n；
步驟3.9：計(jì)算國(guó)際平整度指數(shù)；
基于最終的路面縱斷面高程Profile”i，i＝1,2,…,n，采用世界銀行提供的標(biāo)準(zhǔn)IRI計(jì)算方法，計(jì)算并輸出國(guó)際平整度IRI。
本發(fā)明的有益效果為：
(1)平整度檢測(cè)裝置及其工作模式?，F(xiàn)有的連續(xù)平整度檢測(cè)儀往往由測(cè)量傳感器(測(cè)距機(jī)、加速度計(jì)、編碼器、GPS接收器等)、計(jì)算機(jī)、控制器、數(shù)據(jù)采集器等多個(gè)模塊組成，模塊之間存在耦合度高，系統(tǒng)整體復(fù)雜度高、集成度低、維護(hù)性和可靠性差等問題，本平整度檢測(cè)裝置將信號(hào)接收、信號(hào)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出功能高度集成，為一體化檢測(cè)裝置，本裝置只需接入測(cè)量傳感器(測(cè)距機(jī)、加速度計(jì)、編碼器)原始信號(hào)，即可完成平整度檢測(cè)工作，它具備維護(hù)性和可靠性強(qiáng)，便于組裝等優(yōu)點(diǎn)；
(2)由于測(cè)距機(jī)、加速度計(jì)均為內(nèi)觸發(fā)工作模式，即傳感器本身均獨(dú)立工作，其測(cè)量信號(hào)無(wú)法直接與其他信號(hào)進(jìn)行匹配，為了滿足測(cè)量要求，數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系需進(jìn)行匹配，本發(fā)明利用模擬信號(hào)采集器解決了測(cè)距機(jī)、加速度計(jì)、里程信號(hào)的相互匹配問題；本裝置解決了測(cè)量傳感器信號(hào)(測(cè)距機(jī)、加速度計(jì)、里程信號(hào))的相互匹配問題，利用濾波電路對(duì)模擬電壓信號(hào)進(jìn)行濾波處理，有效抑止信號(hào)噪聲；利用AD采樣電路實(shí)現(xiàn)了將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，從而保障了平整度計(jì)算的數(shù)據(jù)可靠性；
(3)基于數(shù)據(jù)自適應(yīng)分段的路面平整度計(jì)算方法。本發(fā)明在處理過(guò)程中，通過(guò)選取部分有效數(shù)據(jù)，即剔除部分超低速冗余數(shù)據(jù)，有效降低了低速測(cè)量區(qū)間的大量加速度計(jì)數(shù)據(jù)二次積分產(chǎn)生的位置偏移誤差；低速測(cè)量區(qū)間，由于加速度計(jì)數(shù)據(jù)一次積分獲取的震動(dòng)速度存在較大誤差，在數(shù)據(jù)未分段情況下，連續(xù)對(duì)后續(xù)正常測(cè)量區(qū)間的載車震動(dòng)速度進(jìn)行累積影響，通過(guò)震動(dòng)速度一次積分獲得的震動(dòng)距離將存在很大累積誤差，本發(fā)明利用行車加速度信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)分段，大大降低了低速測(cè)量區(qū)間對(duì)后續(xù)正常測(cè)量區(qū)域的影響；本發(fā)明通過(guò)對(duì)分段路面縱斷面輪廓進(jìn)行拼接，有效消除了數(shù)據(jù)分段處理造成的數(shù)據(jù)斷層現(xiàn)象，從而有效獲取了路面的相對(duì)真實(shí)輪廓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了不同速度(非勻速、低速、高速、勻速)情況下的平整度快速、準(zhǔn)確測(cè)量，滿足實(shí)際交通測(cè)量要求。
附圖說(shuō)明
圖1：本發(fā)明實(shí)施例的裝置原理圖；
圖2：本發(fā)明實(shí)施例的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)流程圖；
圖3：本發(fā)明實(shí)施例的平整度計(jì)算流程圖；
圖4：本發(fā)明實(shí)施例的原始采樣數(shù)據(jù)示例；
圖5：本發(fā)明實(shí)施例的選取的有效測(cè)量數(shù)據(jù)示例；
圖6：本發(fā)明實(shí)施例的基于行車加速度的自適應(yīng)分段示例；
圖7：本發(fā)明實(shí)施例的路面縱斷面高程獲取示例；
圖8：本發(fā)明實(shí)施例的相同路段不同測(cè)量速度情況下路面縱斷面高程獲取示例。
具體實(shí)施方式
為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
請(qǐng)見圖1，本發(fā)明提供的一種適應(yīng)低速及變速測(cè)量的平整度檢測(cè)裝置，主要由信號(hào)接收單元、信號(hào)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)處理單元、平整度輸出單元組成，其中信號(hào)接收單元用于接收外界提供的測(cè)量傳感器(測(cè)距機(jī)、加速度計(jì)、編碼器)信號(hào)，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元將測(cè)量傳感器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，數(shù)據(jù)處理單元用于平整度計(jì)算，平整度輸出單元向外界提供平整度檢測(cè)結(jié)果。本發(fā)明所述平整度檢測(cè)裝置為一體化檢測(cè)裝置，它集成度高、維護(hù)性和可靠性強(qiáng)，便于組裝，只需接入測(cè)量傳感器(測(cè)距機(jī)、加速度計(jì)、編碼器)原始信號(hào)，即可完成平整度檢測(cè)工作。
本發(fā)明提及的信號(hào)接收單元通過(guò)模擬信號(hào)接口接收外界提供的測(cè)量傳感器(測(cè)距機(jī)、加速度計(jì)、編碼器)信號(hào)。
本發(fā)明提及的信號(hào)轉(zhuǎn)換單元工作原理如圖2所示，其工作邏輯如下：
(1)信號(hào)接收單元將接收的模擬電壓/電流信號(hào)傳輸給信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將進(jìn)入的信號(hào)1:1的轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)；
(2)信號(hào)轉(zhuǎn)換后，利用濾波電路對(duì)模擬電壓信號(hào)進(jìn)行二階巴特沃斯濾波處理，進(jìn)而抑止信號(hào)線上的共模干擾，同時(shí)衰減高頻干擾信號(hào)；
(3)AD轉(zhuǎn)換電路將濾波后的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)；
(4)將轉(zhuǎn)變后的數(shù)字信號(hào)傳輸給數(shù)據(jù)處理單元。
本發(fā)明提及的數(shù)據(jù)處理單元采用基于數(shù)據(jù)自適應(yīng)分段的路面平整度算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示?；跀?shù)據(jù)自適應(yīng)分段的路面平整度算法步驟如下：
(1)輸入待計(jì)算區(qū)間原始數(shù)據(jù)。根據(jù)平整度計(jì)算區(qū)間要求，對(duì)數(shù)據(jù)處理單元輸入平整度待計(jì)算區(qū)間(數(shù)據(jù)區(qū)間長(zhǎng)度為100m；也可以取：100m、50m、25m、20m等)的原始信號(hào)數(shù)據(jù)(里程信號(hào)Sh、測(cè)距機(jī)信號(hào)SL、加速度計(jì)VvA信號(hào)，如圖4所示)。
(2)計(jì)算行車速度。依據(jù)里程信息，計(jì)算行車速度，計(jì)算公式如下所示：
其中Vhi為第i個(gè)點(diǎn)采樣時(shí)刻的行車速度，m＝4000，Shi+m、Shi-m分別為第i+m、i-m個(gè)點(diǎn)采樣時(shí)刻的里程位置，F(xiàn)samp＝16000(Hz)為模擬信號(hào)采集器的采樣頻率。
(3)選取有效測(cè)量數(shù)據(jù)。依據(jù)里程及行車速度信息，選取部分有效數(shù)據(jù)，即剔除部分超低速冗余數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)選取方法為：設(shè)置超低速閾值Tv＝7.2km/h，當(dāng)測(cè)量速度Vh≥Tv時(shí)，原始數(shù)據(jù)均為有效數(shù)據(jù)；當(dāng)測(cè)量速度Vh＜Tv時(shí)，在原始采樣數(shù)據(jù)中，依據(jù)采樣點(diǎn)序號(hào)，按Vh/Tv比例均勻選取數(shù)據(jù)或按Vh/Tv比例截取數(shù)據(jù)作為當(dāng)前有效數(shù)據(jù)，假設(shè)里程信息的測(cè)量精度為5mm，則在采樣數(shù)據(jù)中相同里程值的有效點(diǎn)個(gè)數(shù)最多為40個(gè)(16000*(5/2000))，同時(shí)記錄當(dāng)前有效數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的行車速度，有效測(cè)量數(shù)據(jù)效果如圖5所示；
(4)計(jì)算行車加速度。對(duì)當(dāng)前有效數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的行車速度{Vhi|i＝1,2,…,n}，其中n為當(dāng)前有效數(shù)據(jù)點(diǎn)的總個(gè)數(shù)，先進(jìn)行濾波半徑為100的低通濾波(如均值濾波、低通濾波等)，得到濾波后的行車速度{Vhi'|i＝1,2,…,n}，再計(jì)算初始行車加速度，計(jì)算公式如下：
VhAoi＝(Vh'i+1-Vh'i)·Fsamp (式2)
其中VhAoi為當(dāng)前第i個(gè)有效點(diǎn)采樣時(shí)刻的初始行車加速度速度，再對(duì)初始行車加速度進(jìn)行濾波半徑為1000的均值濾波(如均值濾波、低通濾波等)，得到最終行車加速度{VhAi|i＝1,2,…,n}，有效測(cè)量數(shù)據(jù)效果如圖6中行車加速度所示。
(5)基于行車加速度的數(shù)據(jù)自適應(yīng)分段。利用閾值Tpre(Tpre＝1.6)初步判斷當(dāng)前有效數(shù)據(jù)是否需要進(jìn)行分段。
若需要分段，則Flag＝1，否則Flag＝0，式3中N＝{1,2,…,n}。
若當(dāng)前有效數(shù)據(jù)需要進(jìn)行分段，則利用閾值Tacc(Tacc＝0.6)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行精確分段，對(duì)任一數(shù)據(jù)段Segj，數(shù)據(jù)分段要求如下：
其中FlagAbj為第j個(gè)數(shù)據(jù)段是否為急加減速段的標(biāo)記值，值為1表示為急加減速段(區(qū)域)，值為0表示為正常測(cè)量段(區(qū)域)，section為當(dāng)前有效數(shù)據(jù)被分割的數(shù)據(jù)段總個(gè)數(shù)，其中Segj為第j個(gè)數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)序號(hào)集合，SIDj為第j個(gè)數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)起始序號(hào)，Cntj為第j個(gè)數(shù)據(jù)段對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的總個(gè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分段效果如圖6所示。
(6)分段獲取載車上下震動(dòng)距離。對(duì)任意第j(j∈{1,2,…,section})段內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)加速度計(jì)數(shù)據(jù)一次積分，獲取載車上下震動(dòng)速度，通過(guò)載車上下震動(dòng)速度一次積分，獲取載車上下震動(dòng)距離，計(jì)算公式如下：
Vvi＝Vvi-1+VvAi/Fsamp,i＝SIDj+1,SIDj+2,…,SIDj+Cntj-1 (式5)
Svi＝Svi-1+Vvi/Fsamp,i＝SIDj+1,SIDj+2,…,SIDj+Cntj-1 (式6)
其中Vvi、VvAi、Svi分別為當(dāng)前第i個(gè)采樣點(diǎn)的載車上下震動(dòng)速度、載車上下震動(dòng)加速度、載車上下震動(dòng)距離；其中Vvi-1、Svi-1分別為當(dāng)前第i-1個(gè)采樣點(diǎn)時(shí)的載車上下震動(dòng)速度、載車上下震動(dòng)距離，i∈Segj，另外，當(dāng)i＝SIDj，Vvi＝0,Svi＝0，若當(dāng)前區(qū)域?yàn)榧奔訙p速區(qū)，則對(duì)當(dāng)前區(qū)域的載車上下震動(dòng)距離進(jìn)行濾波半徑為10低通濾波，載車上下震動(dòng)距離如圖7所示。
(7)分段獲取路面縱斷面輪廓。結(jié)合測(cè)距機(jī)數(shù)據(jù)和載車上下震動(dòng)距離，計(jì)算各段內(nèi)的路面縱斷面輪廓，計(jì)算公式如下：
Profilei＝SetV-SLi-Svi (式7)
Profilei、SLi分別為當(dāng)前第i個(gè)采樣點(diǎn)的斷面相對(duì)高程、測(cè)距機(jī)測(cè)量的距離，SetV(SetV＝290mm)為測(cè)距機(jī)安裝高度。
(8)路面縱斷面輪廓拼接。將各段的縱斷面輪廓進(jìn)行拼接，其中對(duì)第j(j∈{2,…,section})段內(nèi)的路面縱斷面輪廓拼接公式如下：
Profile'i＝Profile'p+Profilei (式8)
Profile'i、Profile'p分別為斷面拼接后第i、p個(gè)采樣點(diǎn)的斷面相對(duì)高程，其中p＝SIDj-1，i∈Segj，另外，對(duì)拼接后的斷面，需進(jìn)行濾波處理(如均值濾波、低通濾波等)，得到最終的路面縱斷面高程Profile”i，i＝1,2,…,n，獲取的路面縱斷面輪廓如圖8所示。
(9)計(jì)算國(guó)際平整度指數(shù)?；谧罱K的路面縱斷面高程Profile”i，i＝1,2,…,n，采用世界銀行提供的標(biāo)準(zhǔn)IRI計(jì)算方法，計(jì)算并輸出國(guó)際平整度IRI。
路面行駛質(zhì)量指數(shù)與國(guó)際平整度指數(shù)IRI(International Roughness Index)直接相關(guān)，IRI是由世界銀行1982年在巴西進(jìn)行的國(guó)際平整度試驗(yàn)則完整而系統(tǒng)地提出了IRI的計(jì)算模型與計(jì)算方法。采用1/4車模型，以80km/h速度在已知斷面上行駛，計(jì)算一定行駛距離內(nèi)懸掛系統(tǒng)的累積位移為IRI。IRI綜合了斷面類與動(dòng)態(tài)類平整度測(cè)定方法的優(yōu)點(diǎn)而得到的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)靜態(tài)斷面高程數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)算后得到的動(dòng)態(tài)變量。IRI具有與車輛振動(dòng)的動(dòng)態(tài)反應(yīng)相關(guān)、結(jié)果具有時(shí)間穩(wěn)定性、結(jié)果具有有效性、具有可轉(zhuǎn)移性，是目前國(guó)際上廣泛采用的平整度指標(biāo)，因此，現(xiàn)行通用的快速測(cè)量技術(shù)測(cè)量結(jié)果都是直接計(jì)算得到IRI。
利用測(cè)量到道路的縱坡面信息，采用世界銀行提供的標(biāo)準(zhǔn)IRI計(jì)算方法，可以計(jì)算得到自定義間隔的IRI值，如20m、25m、50m、100m等。IRI計(jì)算公式為：
RS為指定路段區(qū)域的第i個(gè)測(cè)點(diǎn)的矯正斜率，u為待計(jì)算平整度值的路段區(qū)域(≥11m，測(cè)點(diǎn)間隔0.25m)內(nèi)測(cè)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。
本發(fā)明的平整度檢測(cè)裝置主要由信號(hào)接收單元、信號(hào)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)處理單元、平整度輸出單元組成，其中信號(hào)接收單元用于接收外界提供的測(cè)量傳感器(測(cè)距機(jī)、加速度計(jì)、編碼器)信號(hào)，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元將測(cè)量傳感器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，數(shù)據(jù)處理單元用于平整度計(jì)算，平整度輸出單元向外界提供平整度檢測(cè)結(jié)果。本發(fā)明所述平整度檢測(cè)裝置為一體化檢測(cè)裝置，它集成度高、維護(hù)性和可靠性強(qiáng)，便于組裝，只需接入測(cè)量傳感器(測(cè)距機(jī)、加速度計(jì)、編碼器)原始信號(hào)，即可完成平整度檢測(cè)工作。另外，本裝置解決了測(cè)量傳感器信號(hào)(測(cè)距機(jī)、加速度計(jì)、里程信號(hào))的相互匹配問題，利用濾波電路對(duì)模擬電壓信號(hào)進(jìn)行濾波處理，有效抑止信號(hào)噪聲；利用AD采樣電路實(shí)現(xiàn)了將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，從而保障了平整度計(jì)算的數(shù)據(jù)可靠性；
本發(fā)明在處理過(guò)程中，通過(guò)選取部分有效數(shù)據(jù)，即剔除部分超低速冗余數(shù)據(jù)，有效降低了低速測(cè)量區(qū)間的大量加速度計(jì)數(shù)據(jù)二次積分產(chǎn)生的位置偏移誤差；低速測(cè)量區(qū)間，由于加速度計(jì)數(shù)據(jù)一次積分獲取的震動(dòng)速度存在較大誤差，對(duì)后續(xù)正常測(cè)量區(qū)間的載車震動(dòng)距離(通過(guò)震動(dòng)速度積分獲得)計(jì)算存在累積誤差影響，本發(fā)明利用基于行車加速度的數(shù)據(jù)自適應(yīng)分段，大大降低了低速測(cè)量區(qū)間對(duì)后續(xù)正常測(cè)量區(qū)域的影響；本發(fā)明通過(guò)對(duì)分段路面縱斷面輪廓進(jìn)行拼接，有效消除了數(shù)據(jù)分段處理造成的數(shù)據(jù)斷層現(xiàn)象，從而有效獲取了路面的相對(duì)真實(shí)輪廓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了不同速度(非勻速、低速、高速、勻速)情況下的平整度快速、準(zhǔn)確測(cè)量。
應(yīng)當(dāng)理解的是，本說(shuō)明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。
應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請(qǐng)求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
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