[發(fā)明專利]一種基于智能手機(jī)測試路面平整度的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910369899.7
• 申請日: 2019-05-06
• 公開（公告）號: CN110184885B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張鵬;張麗麗;鄔冰;徐斌;呂培芹;陳莎莎;黃建平
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇交科集團(tuán)股份有限公司
• 主分類號: E01C23/01
• 分類號: E01C23/01;G06N3/08
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

1.一種基于智能手機(jī)測試路面平整度的方法，其特征在于，所述智能手機(jī)內(nèi)置設(shè)備包括三軸加速度傳感器、陀螺儀、磁感應(yīng)器、方位傳感器、GPS感知設(shè)備，數(shù)據(jù)采集設(shè)備，具體方法如下：

步驟(1)加速度數(shù)據(jù)采集：利用數(shù)據(jù)采集設(shè)備記錄車輛運(yùn)動(dòng)行為的加速度數(shù)據(jù)，所述加速度數(shù)據(jù)為數(shù)字離散采樣信號，數(shù)值分X、Y、Z三個(gè)軸；

步驟(2)加速度數(shù)據(jù)校準(zhǔn)：利用三軸加速度數(shù)據(jù)與磁感應(yīng)數(shù)據(jù)計(jì)算旋轉(zhuǎn)矩陣R，旋轉(zhuǎn)矩陣R將所述三軸加速度數(shù)據(jù)從智能手機(jī)標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系中；

步驟(3)加速度數(shù)據(jù)平滑去噪；采用滑動(dòng)平均濾波方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑濾波處理，滑動(dòng)平均濾波方法通過遞歸算法實(shí)現(xiàn)；所述滑動(dòng)平均濾波方法具體為：

對于給定時(shí)間響應(yīng)序列：

x⁽⁰⁾＝[x⁽⁰⁾(1),x⁽⁰⁾(2),,…x⁽⁰⁾(n)] (8)

其中，n為數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；

進(jìn)行滑動(dòng)平均處理，對于端點(diǎn)數(shù)據(jù)用下式進(jìn)行處理：

對中間各點(diǎn)數(shù)據(jù)，用下式進(jìn)行處理：

步驟(4)時(shí)空坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法：將位移量從空間域轉(zhuǎn)化到時(shí)間域；

步驟(5)建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模型；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型選用三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)的維數(shù)確定為2，輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)的維數(shù)確定為1，樣本數(shù)據(jù)輸入向量為加速度和車速，輸出向量為國際平整度指數(shù)IRI。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中智能手機(jī)標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系為：Y軸與智能手機(jī)當(dāng)前位置的地面相切，并指向正北方向；Z軸方向指向天空并垂直于地面；X軸垂直于Y-Z平面且指向正東方向。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中的校準(zhǔn)公式為

g_gv(x′，y′，z′)＝g_gv(x，y，z)R

其中g(shù)_dv(x,y,z)為某一時(shí)刻采集的智能手機(jī)三軸加速度，g_gv(x′,y′,z′)為通過旋轉(zhuǎn)矩陣R轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系的三軸加速度，R為旋轉(zhuǎn)矩陣。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，X、Y、Z三個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)矩陣分別為Rot(θ_x)、Rot(θ_y)、Rot(θ_z)，智能手機(jī)繞X軸旋轉(zhuǎn)的角度稱為俯仰角，記為θ_y；繞Y軸旋轉(zhuǎn)的角度稱為翻滾角，記為θ_z；繞Z軸旋轉(zhuǎn)的角度稱為方位角，記為θ_x，通過旋轉(zhuǎn)矩陣Rot(θ_y)將Y軸正方向校準(zhǔn)至地磁場的正北方位，其中Rot(θ_x)、Rot(θ_y)、Rot(θ_z)如式(1)(2)(3)，

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，世界坐標(biāo)系中的X軸與Y軸方向并非表示汽車橫向與縱向加速度，需要重新繞Z軸旋轉(zhuǎn)至初始方位角，旋轉(zhuǎn)矩陣R應(yīng)滿足：

R＝R_初值×Rot(θ_z)^-1 (4)

若Z軸旋轉(zhuǎn)的角度滿足式(3)，那么Rot(θ_z)^-1表示為

且滿足

Rot(θ_z)Rot(θ_z)^-1＝1 (6)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在車輛A實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程中，車輛以速度v在地面行駛，以大地為參照物，車輛的位移按(12)式進(jìn)行累加，

式中：P_x為離散化的位移序列；W為車輛長度。