一種基于車(chē)載加速度計(jì)的路面平整度快速檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于路面質(zhì)量檢測(cè)和信息自動(dòng)采集技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于車(chē)載加速 度計(jì)的路面平整度快速檢測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 路面平整度是衡量道路服務(wù)水平的重要指標(biāo)，也是造成交通事故的主要誘因之 一。傳統(tǒng)的平整度檢測(cè)方法如激光平整度儀、斷面儀、3米尺、水準(zhǔn)儀等具有操作復(fù)雜、價(jià)格 昂貴、對(duì)測(cè)量環(huán)境要求高等弊端，不適合大范圍的平整度檢測(cè)。
[0003] 路面平整度測(cè)量方法和設(shè)備大體可以分成三類(lèi)，即反應(yīng)類(lèi)平整度儀、斷面類(lèi)平整 度儀和主觀評(píng)估法。斷面類(lèi)平整度儀測(cè)量的是車(chē)輛行駛軌跡下路面表面的高程變化量， 通過(guò)對(duì)高程變化量的數(shù)學(xué)分析，可以得出路面的國(guó)際平整度指數(shù)IRI值。如水準(zhǔn)儀、三米 直尺、慣性斷面儀、縱斷面分析儀等，該類(lèi)儀器的特點(diǎn)是：測(cè)量精度高，但儀器精密，操作復(fù) 雜，耗時(shí)耗力，測(cè)量效率低。當(dāng)前，運(yùn)用較為廣泛的斷面類(lèi)平整度儀是非接觸式平整度測(cè)量 法如車(chē)載激光儀等，它的優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)量效率較高，結(jié)果準(zhǔn)確，缺點(diǎn)在于儀器使用和養(yǎng)護(hù)成本 高，不同精度的激光儀的測(cè)量結(jié)果可比性較低，不適合短周期內(nèi)的平整度測(cè)量。反應(yīng)類(lèi)平整 度儀是通過(guò)測(cè)量車(chē)輛的振動(dòng)反應(yīng)來(lái)衡量路面的平整性，如BPR平整度儀與顛簸累計(jì)儀等， 這類(lèi)儀器的特點(diǎn)是價(jià)格較低，操作簡(jiǎn)單，但測(cè)量穩(wěn)定性差，且易受到測(cè)量初始條件及環(huán)境影 響，導(dǎo)致其時(shí)間與空間穩(wěn)定性差。主觀評(píng)估法主要是通過(guò)由經(jīng)驗(yàn)豐富的交通狀況評(píng)價(jià)專(zhuān)家 組成的評(píng)價(jià)小組對(duì)路面情況進(jìn)行打分評(píng)價(jià)，該方法主觀性較強(qiáng)，不適合大范圍工程評(píng)價(jià)使 用。
[0004] 因此，本專(zhuān)利旨在開(kāi)發(fā)一種快捷便利、高效節(jié)能、經(jīng)濟(jì)合理、智能方便且適合大范 圍道路測(cè)量的路面平整度檢測(cè)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于車(chē)載加速度計(jì)的路面平整度快速檢測(cè)系統(tǒng)，本發(fā) 明運(yùn)用三軸加速度傳感器1、角速度傳感器2、Zigbee短程無(wú)線通訊模塊3、可觸控式車(chē)載終 端4、GPS5、3G遠(yuǎn)程模塊6和中心機(jī)信息處理模塊7,用于解決傳統(tǒng)檢測(cè)方法操作復(fù)雜、價(jià)格 昂貴、對(duì)測(cè)量環(huán)境要求高等問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了與交通信息中心的數(shù)據(jù)對(duì)接，使得路面平整度 檢測(cè)數(shù)字化智能化，適用于大范圍實(shí)時(shí)的道路平整度測(cè)量。具體要解決的技術(shù)問(wèn)題是：實(shí)時(shí) 同步獲取車(chē)內(nèi)兩后輪正上方的垂直加速度數(shù)值；采集GPS及角速度信息，并與三軸加速度 信息匹配；實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)采集與遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸；利用數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)加速度信息進(jìn)行處 理計(jì)算獲得國(guó)際平整度指數(shù)；實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果在電子地圖上的發(fā)布。
[0006] 本發(fā)明專(zhuān)利解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是： 一種基于車(chē)載加速度計(jì)的路面平整度快速檢測(cè)系統(tǒng)，包括三軸加速度傳感器1、角速度 傳感器2、Zigbee短程無(wú)線通訊模塊3、可觸控式車(chē)載終端4、GPS5、3G遠(yuǎn)程模塊6和中心機(jī) 信息處理系統(tǒng)7,其中：所述Zigbee短程無(wú)線通訊模塊3與三軸加速度傳感器1分別安置于 單片機(jī)上，Zigbee短程無(wú)線通訊模塊3與三軸加速度傳感器1分別連接系統(tǒng)板15,所述系 統(tǒng)板15設(shè)有天線8,所述單片機(jī)和系統(tǒng)板15制成數(shù)據(jù)采集設(shè)備10 ;所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備10 布置于測(cè)試車(chē)輛內(nèi)左、右后軸輪正上方，用于采集車(chē)輛行駛過(guò)程中產(chǎn)生的X軸(行駛方向)和 Z軸(豎直方向）的加速度數(shù)值，并進(jìn)行車(chē)內(nèi)短程無(wú)線傳輸；所述三軸加速度傳感器1用于采 集X軸、Y軸和Z軸加速度；所述GPS5布置于可觸控式車(chē)載終端4上，用于記錄行車(chē)地理坐 標(biāo)；所述角速度傳感器2布置于可觸控式車(chē)載終端4上，用于記錄行車(chē)轉(zhuǎn)角情況；所述可觸 控式車(chē)載終端4為WinCE/Android系統(tǒng)的手持/固定平板設(shè)備，布置于車(chē)內(nèi)方便測(cè)量員操 作位置，內(nèi)置有Zigbee接收器，用來(lái)獲得加速度傳感器數(shù)據(jù)，并通過(guò)時(shí)間序列與GPS、角速 度數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，產(chǎn)生初始數(shù)據(jù)；所述3G遠(yuǎn)程模塊6內(nèi)置于可觸控式車(chē)載終端6中，用于向 中心機(jī)信息處理系統(tǒng)7傳輸打包文件；所述中心機(jī)信息處理系統(tǒng)7安裝于交通信息采集中 心，用來(lái)定向接收測(cè)試車(chē)輛發(fā)送的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得預(yù)估的國(guó)際平整度指數(shù)IRI 值/行駛質(zhì)量指數(shù)RQI值，顯示在中心機(jī)信息處理系統(tǒng)7的信息發(fā)布終端14上。
[0007] 本發(fā)明中，所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備10具有金屬保護(hù)外殼，天線8外伸于保護(hù)外殼外側(cè)； 所述天線8由3. 6V小型蓄電池9供電，Zigbee短程無(wú)線通訊模塊3布置于數(shù)據(jù)采集設(shè)備 內(nèi)頂端，中層為三軸加速度傳感器1，下層為3. 6V小型蓄電池9。
[0008] 本發(fā)明中，所述的三軸加速度傳感器1為電容式重力加速度傳感器。
[0009] 本發(fā)明中，所述的可觸控式車(chē)載終端4采用REAL210開(kāi)發(fā)板11，GPS5、角速度傳 感器2和3G遠(yuǎn)程模塊6的供電均可選擇由5V蓄電池供電，或采用點(diǎn)煙器與5V電壓轉(zhuǎn)換線 進(jìn)行供電。
[0010] 本發(fā)明中，所述GPS5為雙模GPS，定位精度為lm;角速度傳感器2產(chǎn)生的角速度數(shù) 據(jù)及三軸加速度傳感器1采集的X軸(行駛方向）的加速度數(shù)據(jù)用來(lái)修正GPS產(chǎn)生的系統(tǒng)誤 差。
[0011] 本發(fā)明中，所述中心機(jī)信息處理系統(tǒng)7包括數(shù)據(jù)接收服務(wù)器12、數(shù)據(jù)處理軟件13 和信息發(fā)布終端14,其中：數(shù)據(jù)接收服務(wù)器12的輸出端連接數(shù)據(jù)處理軟件13連接信息發(fā) 布終端14。
[0012] 本發(fā)明中，所述3G遠(yuǎn)程模塊6包括端口監(jiān)聽(tīng)模塊16、數(shù)據(jù)接收模塊17和系統(tǒng)監(jiān)視 模塊18,所述端監(jiān)聽(tīng)模塊16的輸入端連接遠(yuǎn)程終端，輸出端分別連接數(shù)據(jù)接收模塊17和系 統(tǒng)監(jiān)視模塊18,數(shù)據(jù)接收模塊17的輸出端連接系統(tǒng)監(jiān)視模塊18的輸入端，系統(tǒng)監(jiān)視模塊 18的輸出端連接屏幕，所述屏幕熾心機(jī)信息處理系統(tǒng)7的信息發(fā)布終端14。
[0013] 本發(fā)明中，所述的檢測(cè)系統(tǒng)為車(chē)載檢測(cè)系統(tǒng)，測(cè)試車(chē)輛行駛速度須< 80km/h，且為 前驅(qū)。
[0014] 根據(jù)該路面平整度快速檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行道路平整度檢測(cè)的方法步驟如下： (1) 根據(jù)測(cè)試要求，選取合適的三軸加速度傳感器、Zigbee設(shè)備及前驅(qū)驅(qū)動(dòng)的測(cè)試車(chē) 輛，采樣頻率設(shè)定為20Hz; (2) 將三軸加速度傳感器水平安裝在測(cè)試車(chē)輛左右后軸輪正上方，布置于車(chē)內(nèi)； (3) 將可觸控式車(chē)載終端安置或擺放在車(chē)內(nèi)，測(cè)試員便于控制位置； (4) 測(cè)試車(chē)輛建議速度勻速行駛，測(cè)試速度不超過(guò)80km/h; (5) 對(duì)指定路段進(jìn)行測(cè)量，開(kāi)啟加速度傳感器設(shè)備及車(chē)載終端，通過(guò)加速度計(jì)獲得車(chē)內(nèi) 的X軸和Z軸的加速度數(shù)據(jù)，并通過(guò)Zigbee設(shè)備發(fā)送到車(chē)載終端中； (6) 利用可觸控式車(chē)載終端接收加速度數(shù)據(jù)，并利用時(shí)間序列與GPS、角速度數(shù)據(jù)進(jìn)行 數(shù)據(jù)融合處理，獲得原始數(shù)據(jù)組； (7) 利用可觸控式車(chē)載終端3G終端打包發(fā)送原始數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器接收數(shù)據(jù)，并 解壓，導(dǎo)入到數(shù)據(jù)處理軟件； (8) 利用數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)加速數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理 (9) 通過(guò)慣性導(dǎo)航的GPS修正算法提高GPS精度，并根據(jù)測(cè)量間隔對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分段處 理； (10) 求解左右輪傳感器每一截段內(nèi)豎向加速度的功率譜密度，并求解其加速度均方根 值； (11) 若未進(jìn)行模型標(biāo)定，則利用已有的國(guó)際平整度資料對(duì)模型進(jìn)行標(biāo)定；若已完成模 型標(biāo)定，則將均方根值帶入模型中求解國(guó)際平整度指數(shù)IRI值。
[0015] 本發(fā)明用于解決傳統(tǒng)檢測(cè)方法耗時(shí)費(fèi)力，效率低下、價(jià)格昂貴等問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)了路 面平整度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為一種基于車(chē)載加速度計(jì)的路面平整度快速檢測(cè)系統(tǒng)流程圖； 圖2為系統(tǒng)運(yùn)作流程圖示； 圖3為數(shù)據(jù)采集設(shè)備原理； 圖4為數(shù)據(jù)采集設(shè)備工作流程； 圖5為服務(wù)器終端組成及各模塊關(guān)系； 圖中標(biāo)號(hào)：1為三軸加速度傳感器，2為角速度傳感器，3為Zigbee短程無(wú)線通訊模塊， 4為可觸控式車(chē)載終端、5為GPS、6為3G遠(yuǎn)程模塊，7為中心機(jī)信息處理系統(tǒng)，8為天線，9為 3. 6V小型蓄電池，10為數(shù)據(jù)采集設(shè)備，11為REAL210開(kāi)發(fā)板，12為數(shù)據(jù)接收服務(wù)器，13為數(shù) 據(jù)處理軟件，14為信息發(fā)布終端，15為系統(tǒng)板，16為端口監(jiān)聽(tīng)模塊，17為數(shù)據(jù)接收模塊，18 為系統(tǒng)監(jiān)視模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
[0018] 本發(fā)明涉及一種基于