CN105421200A - 一种基于振动检测的平整度检测方法与检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于振动检测的平整度检测方法，包括以下步骤：步骤1、接收来自一标准载车上的多个振动传感器的振动传感信号，所述振动传感器被配置为安装在所述标准载车上对应于座椅的位置，并且在所述标准载车以设定速度行驶于待测路面时，通过所述振动传感器获取振动传感信号；步骤2、基于前述振动传感信号计算三个方向总的加速度的加权均方根值；步骤3、根据加速度的加权均方根值与平整度的映射关系，决定前述待测路面的平整度等级。本发明提出的基于振动检测的平整度检测方法和检测装置，通过提出全新的检测思路，简化传统的平整度检测，并且计算量小，系统实现简单。

Description

一种基于振动检测的平整度检测方法与检测装置

技术领域

本发明涉及道路平整度检测领域，具体而言涉及一种基于振动检测的平整度检测方法与检测装置。

背景技术

不平整的道路不经影响道路行车安全，降低行车的舒适度，增大行车噪声污染，而且将增加车辆的运行费用，例如增加油耗、降低行车速度、加速车辆零部件的磨损等，同时还将加速路面的结构破坏，影响道路的使用年限，缩短维养周期，给人民的生活、工作带来极大的危害。采取有效的手段来实现道路平整度的检测，是减小其对行车安全与舒适度、道路维养、使用年费等影响和危害的关键前提。

平整度是路面表面诱使行驶车辆出现振动的高程变化。路面平整度是道路使用者直接感触的路面使用性能指标之一，目前过程使用的检测路面平整度的仪器设备包括：ROMDAS激光路面纵断面平整度/纹理测试仪、激光多功能测试仪、激光平整度仪、JG-1激光路面三维智能检测系统、ZOYON-RTM车载智能路面检测系统、多功能路况快速检测系统等，目前大部分的检测系统中均采用了激光技术，甚至是双激光传感器的测距式激光平整度检测，检测左右轮迹处的平整度来实现路面平整度的检测。

例如南京润道交通科技有限公司的道路检测车，如第201310129571.0号中国专利申请所示，道路检测车包括：车体，其下部在轮迹带对应的位置安装有激光平整度检测组件，用于检测轮迹带处路面平整度；车体的后端上部两侧安装有用于拍摄路面图像的路面面阵相机；车体的后端上部两侧安装有用于拍摄车辙图像的车辙面阵相机；车体的后端上部安装有按照预设方式排布的点激光发射装置；车体的后端中部两侧设有线激光发射装置；车体装配有里程桩桩号相机，用于拍摄里程桩桩号图像并对里程桩桩号图像进行编号；车体还设有GPS定位装置。

又如第200910021297.9号中国专利申请所提出的用于检测评价多项道路质量指标的激光道路综合检测车，在车体下端装有一部其上设置有多个可向下方发出准直激光束的路面平整度、车辙、构造深度激光检测装置，在车体后端上部设有俯向拍摄的面阵相机，在车体后端装有面阵相机双排频闪照明灯，在车体顶部装有道路两侧环境拍摄相机、安全监控相机和GPS定位天线，在车体操作室内设置有工作台、发电机舱、工控机柜、洗手池、饮水机以及控制电路装置。

通过研究发现，这些利用激光技术实现的激光平整度检测，其检测系统或者检测载车设计复杂，搭载的检测平台结构布线杂乱、布置，而且激光传感器作为探测源，还配置面阵相机，其本身受到路面高程变化的影响将直接影响检测结果的精度和准确性，因此对于激光传感器和面阵相机(CCD)的要求很高。

发明内容

本发明目的在于提供一种区别于现有检测原理的路面平整度检测方法，是一种基于振动检测的平整度检测方法，无需考虑激光传感器、面阵相机这些高精度器件的要求，且检测方法简单。

本发明的另一目的在于，提供一种基于振动检测的平整度检测装置。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于振动检测的平整度检测方法，该方法的实现包括以下步骤：

步骤1、接收来自一标准载车上的多个振动传感器的振动传感信号，所述振动传感器被配置为安装在所述标准载车上对应于座椅的位置，并且在所述标准载车以设定速度行驶于待测路面时，通过所述振动传感器获取振动传感信号；

步骤2、基于前述振动传感信号计算三个方向总的加速度的加权均方根值；

步骤3、根据加速度的加权均方根值与平整度的映射关系，决定前述待测路面的平整度等级。

进一步的实施例中，前述方法更包含以下步骤：

预先设定并存储前述的映射关系，并在进行平整度决定时调用该映射关系与所述加权均方根值进行比较，并检查加速度的加权均方根值落入该映射关系的哪一区间内，根据该区间对应的平整度等级决定待测路面的平整度等级。

进一步的实施例中，前述映射关系被配置为一映射表，通过设定其中的平整度等级以及与之对应的加速度的加权均方根值区间形成平整度——加速度的加权均方根值映射关系。

进一步的实施例中，在步骤2中，所述加权均方根值的计算包括以下过程：

步骤2-1、基于振动传感信号计算前后、左右以及上下三个方向上的振动的加权均方根值，标准载车在待测路面的行驶方向定义前述的前后、左右以及上下三个方向，其中，每个方向上的振动的加权均方根值按照下述公式来计算：

${\mathrm{\σ}}_w=\sqrt{\mathrm{\Σ}{(W_i\·{\mathrm{\σ}}_i)}^2},$ i＝1,2,3,...,20

式中，W_i表示频率加权因子，前后和左右方向的W_i其取值区间在[0.01,1]，上下方向的W_i其取值区间在[0.1,1]；σ_i表示中心频率为f_i的1/3倍程均方根谱值，获取方式如下：

${\mathrm{\σ}}_i=9.81\sqrt{\underset{i=M_i}{\overset{N_i}{\Σ}}{G}_i},$ i＝1,2,3,...,20

式中，G_i表示等带宽的加速度自谱值；M_i表示与f_i下限频率相应的等带宽谱线的标号；N_i表示与f_i上限频率相应的等带宽谱线的标号；

步骤2-2、根据步骤2-1得到的三个方向的振动的加权均方根值来计算总的加速度的振动的加权均方根值σ_wo，计算公式如下：

${\mathrm{\σ}}_{wo}=\sqrt{{\left(1.4{\mathrm{\σ}}_{wx}\right)}^2+{\left(1.4{\mathrm{\σ}}_{wy}\right)}^2+{\left({\mathrm{\σ}}_{wz}\right)}^2}$

式中，σ_wx表示前后方向振动的加速度的加权均方根值；σ_wy表示左右方向振动的加速度的加权均方根值；σ_wz表示上下方向振动的加速度的加权均方根值。

本发明还提出一种基于振动检测的平整度检测装置，该平整度检测装置包括：

用于接收来自一标准载车上的多个振动传感器的振动传感信号的第一模块，其中所述振动传感器被配置为安装在所述标准载车上对应于座椅的位置，并且在所述标准载车以设定速度行驶于待测路面时，通过所述振动传感器获取振动传感信号；

用于基于前述振动传感信号计算三个方向总的加速度的加权均方根值的第二模块；

用于根据加速度的加权均方根值与平整度的映射关系，决定前述待测路面的平整度等级的第三模块。

本发明的第三方面还提出一种用于实现道路平整度检测的计算机系统，该计算机系统包括：

显示屏，被设置用于提供道路平整度检测结果的可视表征；

一个或多个处理器；

存储器，被设置成用于存储由所述一个或多个处理器执行以检测道路平整度的软件模块，这些软件模块包括：

用于接收来自一标准载车上的多个振动传感器的振动传感信号的第一模块，其中所述振动传感器被配置为安装在所述标准载车上对应于座椅的位置，并且在所述标准载车以设定速度行驶于待测路面时，通过所述振动传感器获取振动传感信号；

用于基于前述振动传感信号计算三个方向总的加速度的加权均方根值的第二模块；

用于根据加速度的加权均方根值与平整度的映射关系，决定前述待测路面的平整度等级的第三模块。

由以上本发明的技术方案可知，本发明提出的基于振动检测的平整度检测方法和检测装置，通过提出全新的检测思路，简化传统的平整度检测，相对于传统的平整度检测的检测系统复杂、设备要求极高、设备标定等不足，本发明提出的测定方案则无此类问题，通过平整度与加速度的加权均方根值的映射关系可方便的获得平整度状况，计算量小，系统实现简单。

附图说明

图1为本发明一实施方式的基于振动检测的平整度检测方法的实现流程图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

如图1所示，根据本发明的较优实施例，一种基于振动检测的平整度检测方法，包括以下步骤：

步骤1、接收来自一标准载车上的多个振动传感器的振动传感信号，所述振动传感器被配置为安装在所述标准载车上对应于座椅的位置，并且在所述标准载车以设定速度行驶于待测路面时，通过所述振动传感器获取振动传感信号；

步骤2、基于前述振动传感信号计算三个方向总的加速度的加权均方根值；

步骤3、根据加速度的加权均方根值与平整度的映射关系，决定前述待测路面的平整度等级。

如前所示，不管针对传感器是安装在标准载车的前后轴上对应于座椅的位置，或者位于车体上对应于座椅的位置，其目的是直接获取标准载车在待测路面行进时由于收到路面的高程变化影响而引起的振动，并将其转换为电传感信号进行输出，以利进行后续的处理。

本发明的前述方案中，提出全新的检测思路，简化传统的平整度检测，相对于传统的平整度检测的检测系统复杂、设备要求极高、设备标定等不足，本发明提出的测定方案则无此类问题，通过平整度与加速度的加权均方根值映射关系可方便的获得平整度状况，计算量小，系统实现简单。

作为可选的方案，前述方法更包含以下步骤：

预先设定并存储平整度——加权均方根值的映射关系，并在进行平整度决定时调用该映射关系与所述加权均方根值进行比较，并检查加权均方根值落入该映射关系的哪一区间内，根据该区间对应的平整度等级决定待测路面的平整度等级。

例如，借鉴国内或国际上对于人体舒适度与振动等级之间的对应关系，将平整度与噪声、加权均方根之间的关系进行一个映射，即：

平整度1级：噪声范围0～30dB，加权均方根值范围[1.18,1.32]

平整度2级：噪声范围31～60dB，加权均方根值范围[1.5,2.36]

平整度3级：噪声范围61～80dB，加权均方根值范围[2.4,5.60]

平整度4级：噪声范围81dB以上，加权均方根值范围[7.1,18.0]

上述的设定方式，例如平整度1级和2级，人体坐在车内是感觉到舒适的，在小于30dB的噪声环境下，相当于轻声耳语的水平，其加权均方根值较小；而在31～60dB的噪声环境下，相当于普通的交通，人体会稍微感觉不舒适，但是在61dB到80dB，甚至80dB以上的噪声环境下，人体将会感觉到不舒适甚至反感、难受，此时加权均方根值军比较大。因此，在本实施例中将平整度——加权均方根值映射关系引入平整度检测是符合自然规律且具备创新意义的。

如此，采用上述图1所示的实施方式进行加权均方根值的检测后，检查其落入该映射关系的哪一区间内，根据该区间对应的平整度等级决定待测路面的平整度等级，如此实现平整度的检测。

当然，平整度——加权均方根值关系的设定并不以此为限制，以上设定的映射关系示例仅仅为了说明本实施例的实施，而并不是对本发明所提出映射关系的限制，在另外的实施例中，可以根据实际情况和标准制定符合要求和国家标准要求的映射关系，以利进行统一的实施。

作为优选的方式，前述平整度——加权均方根值关系被配置为一映射表，通过设定其中的平整度等级以及与之对应的加权均方根值区间形成平整度——加权均方根值映射关系。

在前述步骤1中，我们可以根据不同的待检测道路而选择以不同的速度行驶，前述设定速度包括30km/h，50km/h，70km/h以及90km/h中的一种。例如，对于高速公路上的检测，我们选择70km/h或者90km/h的速度匀速行驶来检测，但对于一般的乡镇道路或城市道路，我们30km/h或者50km/h的速度匀速行驶来检测。

前述的例子中，在步骤2中，我们通过下述步骤来计算加权均方根值：

步骤2-1、基于振动传感信号计算前后、左右以及上下三个方向上的振动的加权均方根值，标准载车在待测路面的行驶方向定义前述的前后、左右以及上下三个方向，其中，每个方向上的振动的加权均方根值按照下述公式来计算：

${\mathrm{\σ}}_w=\sqrt{\mathrm{\Σ}{(W_i\·{\mathrm{\σ}}_i)}^2},$ i＝1,2,3,...,20

式中，W_i表示频率加权因子，前后和左右方向的W_i其取值区间在[0.01,1]，上下方向的W_i其取值区间在[0.1,1]；σ_i表示中心频率为f_i的1/3倍程均方根谱值，获取方式如下：

${\mathrm{\σ}}_i=9.81\sqrt{\underset{i=M_i}{\overset{N_i}{\Σ}}{G}_i},$ i＝1,2,3,...,20

式中，G_i表示等带宽的加速度自谱值；M_i表示与f_i下限频率相应的等带宽谱线的标号；N_i表示与f_i上限频率相应的等带宽谱线的标号；

步骤2-2、根据步骤2-1得到的三个方向的振动的加权均方根值来计算总的加速度的振动的加权均方根值σ_wo，计算公式如下：

${\mathrm{\σ}}_{wo}=\sqrt{{\left(1.4{\mathrm{\σ}}_{wx}\right)}^2+{\left(1.4{\mathrm{\σ}}_{wy}\right)}^2+{\left({\mathrm{\σ}}_{wz}\right)}^2}$

式中，σ_wx表示前后方向振动的加速度的加权均方根值；σ_wy表示左右方向振动的加速度的加权均方根值；σ_wz表示上下方向振动的加速度的加权均方根值。

作为前述图1实施例的一个具体实施，前述步骤1中的振动传感器被配置为磁电式振动传感器，电感式振动传感器或者是压电式加速度传感器。例如，瑞士vibro-meter振动传感器。

将振动传感器安装在标准载车上对应于座椅的位置上，如前所示，例如标准载车的前后轴上对应于座椅的位置，或者车体上对应于座椅的位置，使得标准载车在待测路面上行驶时，通过这些振动传感器可以感应到标准载车在路面上(由于路面的高程变化)发生的振动，从而将这些振动传感信号输出，并通过后续的数据处理和检查、比较，得到待测路面的平整度等级。

根据本公开，本发明还提出一种基于振动检测的平整度检测装置，该平整度检测装置包括：

用于接收来自一标准载车上的多个振动传感器的振动传感信号的第一模块，其中所述振动传感器被配置为安装在所述标准载车上对应于座椅的位置，并且在所述标准载车以设定速度行驶于待测路面时，通过所述振动传感器获取振动传感信号；

用于基于前述振动传感信号计算三个方向总的加速度的加权均方根值的第二模块；

用于根据加速度的加权均方根值与平整度的映射关系，决定前述待测路面的平整度等级的第三模块。

本发明的第三方面，还提出一种用于实现道路平整度检测的计算机系统，该计算机系统包括：

显示屏，被设置用于提供道路平整度检测结果的可视表征；

一个或多个处理器；

存储器，被设置成用于存储由所述一个或多个处理器执行以检测道路平整度的软件模块，这些软件模块包括：

用于接收来自一标准载车上的多个振动传感器的振动传感信号的第一模块，其中所述振动传感器被配置为安装在所述标准载车上对应于座椅的位置，并且在所述标准载车以设定速度行驶于待测路面时，通过所述振动传感器获取振动传感信号；

用于基于前述振动传感信号计算三个方向总的加速度的加权均方根值的第二模块；

用于根据加速度的加权均方根值与平整度的映射关系，决定前述待测路面的平整度等级的第三模块。

显然，前述的第一模块、第二模块以及第三模块，其功能、作用以及效果已经在以上方法的描述中进行了说明，结合图1所示，其实现方式并且在前述关于平整度检测方法的实施例中做了示例性说明，在此不再赘述。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种基于振动检测的平整度检测方法，其特征在于，该方法的实现包括以下步骤：

步骤1、接收来自一标准载车上的多个振动传感器的振动传感信号，所述振动传感器被配置为安装在所述标准载车上对应于座椅的位置，并且在所述标准载车以设定速度行驶于待测路面时，通过所述振动传感器获取振动传感信号；

步骤2、基于前述振动传感信号计算三个方向总的加速度的加权均方根值；

步骤3、根据加速度的加权均方根值与平整度的映射关系，决定前述待测路面的平整度等级。

2.根据权利要求1所述的基于振动检测的平整度检测方法，其特征在于，前述方法更包含以下步骤：

预先设定并存储前述的映射关系，并在进行平整度决定时调用该映射关系与所述加权均方根值进行比较，并检查加速度的加权均方根值落入该映射关系的哪一区间内，根据该区间对应的平整度等级决定待测路面的平整度等级。

3.根据权利要求1所述的基于振动检测的平整度检测方法，其特征在于，前述映射关系被配置为一映射表，通过设定其中的平整度等级以及与之对应的加速度的加权均方根值区间形成平整度——加速度的加权均方根值映射关系。

4.根据权利要求1所述的基于振动检测的平整度检测方法，其特征在于，所述的设定速度包括30km/h，50km/h，70km/h以及90km/h中的一种。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于振动检测的平整度检测方法，其特征在于，在步骤2中，所述加权均方根值的计算包括以下过程：

步骤2-1、基于振动传感信号计算前后、左右以及上下三个方向上的振动的加权均方根值，标准载车在待测路面的行驶方向定义前述的前后、左右以及上下三个方向，其中，每个方向上的振动的加权均方根值按照下述公式来计算：

${\mathrm{\σ}}_w=\sqrt{\mathrm{\Σ}{(W_i\·{\mathrm{\σ}}_i)}^2},i=1,2,3,...,20$

式中，W_i表示频率加权因子，前后和左右方向的W_i其取值区间在[0.01,1]，上下方向的W_i其取值区间在[0.1,1]；σ_i表示中心频率为f_i的1/3倍程均方根谱值，获取方式如下：

${\mathrm{\σ}}_i=9.81\sqrt{\underset{i=M_i}{\overset{N_i}{\Σ}}{G}_i},i=1,2,3,...,20$

式中，G_i表示等带宽的加速度自谱值；M_i表示与f_i下限频率相应的等带宽谱线的标号；N_i表示与f_i上限频率相应的等带宽谱线的标号；

步骤2-2、根据步骤2-1得到的三个方向的振动的加权均方根值来计算总的加速度的振动的加权均方根值σ_wo，计算公式如下：

${\mathrm{\σ}}_{wo}=\sqrt{{\left(1.4{\mathrm{\σ}}_{wx}\right)}^2+{\left(1.4{\mathrm{\σ}}_{wy}\right)}^2+{\left({\mathrm{\σ}}_{wz}\right)}^2}$

式中，σ_wx表示前后方向振动的加速度的加权均方根值；σ_wy表示左右方向振动的加速度的加权均方根值；σ_wz表示上下方向振动的加速度的加权均方根值。

6.一种基于振动检测的平整度检测装置，其特征在于，该平整度检测装置包括：

用于接收来自一标准载车上的多个振动传感器的振动传感信号的第一模块，其中所述振动传感器被配置为安装在所述标准载车上对应于座椅的位置，并且在所述标准载车以设定速度行驶于待测路面时，通过所述振动传感器获取振动传感信号；

用于基于前述振动传感信号计算三个方向总的加速度的加权均方根值的第二模块；

用于根据加速度的加权均方根值与平整度的映射关系，决定前述待测路面的平整度等级的第三模块。

7.根据权利要求6所述的基于振动检测的平整度检测装置，其特征在于，所述第二模块被设置成按照下述方式来计算三个方向总的加速度的加权均方根值：

首先，基于振动传感信号计算前后、左右以及上下三个方向上的振动的加权均方根值，标准载车在待测路面的行驶方向定义前述的前后、左右以及上下三个方向，其中，每个方向上的振动的加权均方根值按照下述公式来计算：

${\mathrm{\σ}}_w=\sqrt{\mathrm{\Σ}{(W_i\·{\mathrm{\σ}}_i)}^2},i=1,2,3,...,20$

式中，W_i表示频率加权因子，前后和左右方向的W_i其取值区间在[0.01,1]，上下方向的W_i其取值区间在[0.1,1]；σ_i表示中心频率为f_i的1/3倍程均方根谱值，获取方式如下：

${\mathrm{\σ}}_i=9.81\sqrt{\underset{i=M_i}{\overset{N_i}{\Σ}}{G}_i},i=1,2,3,...,20$

式中，G_i表示等带宽的加速度自谱值；M_i表示与f_i下限频率相应的等带宽谱线的标号；N_i表示与f_i上限频率相应的等带宽谱线的标号；

然后，根据步骤2-1得到的三个方向的振动的加权均方根值来计算总的加速度的振动的加权均方根值σ_wo，计算公式如下：

${\mathrm{\σ}}_{wo}=\sqrt{{\left(1.4{\mathrm{\σ}}_{wx}\right)}^2+{\left(1.4{\mathrm{\σ}}_{wy}\right)}^2+{\left({\mathrm{\σ}}_{wz}\right)}^2}$

式中，σ_wx表示前后方向振动的加速度的加权均方根值；σ_wy表示左右方向振动的加速度的加权均方根值；σ_wz表示上下方向振动的加速度的加权均方根值。

8.一种用于实现道路平整度检测的计算机系统，其特征在于，该计算机系统包括：

显示屏，被设置用于提供道路平整度检测结果的可视表征；

一个或多个处理器；

存储器，被设置成用于存储由所述一个或多个处理器执行以检测道路平整度的软件模块，这些软件模块包括：

用于接收来自一标准载车上的多个振动传感器的振动传感信号的第一模块，其中所述振动传感器被配置为安装在所述标准载车上对应于座椅的位置，并且在所述标准载车以设定速度行驶于待测路面时，通过所述振动传感器获取振动传感信号；

用于基于前述振动传感信号计算三个方向总的加速度的加权均方根值的第二模块；

用于根据加速度的加权均方根值与平整度的映射关系，决定前述待测路面的平整度等级的第三模块。

9.根据权利要求8所述的用于实现道路平整度检测的计算机系统，其特征在于，所述用于基于前述振动传感信号计算三个方向总的加速度的加权均方根值的第二模块被设置成根据下述方式来计算总的加速度的加权均方根值：

首先，基于振动传感信号计算前后、左右以及上下三个方向上的振动的加权均方根值，标准载车在待测路面的行驶方向定义前述的前后、左右以及上下三个方向，其中，每个方向上的振动的加权均方根值按照下述公式来计算：

${\mathrm{\σ}}_w=\sqrt{\mathrm{\Σ}{(W_i\·{\mathrm{\σ}}_i)}^2},i=1,2,3,...,20$

式中，W_i表示频率加权因子，前后和左右方向的W_i其取值区间在[0.01,1]，上下方向的W_i其取值区间在[0.1,1]；σ_i表示中心频率为f_i的1/3倍程均方根谱值，获取方式如下：

${\mathrm{\σ}}_i=9.81\sqrt{\underset{i=M_i}{\overset{N_i}{\Σ}}{G}_i},i=1,2,3,...,20$

式中，G_i表示等带宽的加速度自谱值；M_i表示与f_i下限频率相应的等带宽谱线的标号；N_i表示与f_i上限频率相应的等带宽谱线的标号；

然后，根据步骤2-1得到的三个方向的振动的加权均方根值来计算总的加速度的振动的加权均方根值σ_wo，计算公式如下：

${\mathrm{\σ}}_{wo}=\sqrt{{\left(1.4{\mathrm{\σ}}_{wx}\right)}^2+{\left(1.4{\mathrm{\σ}}_{wy}\right)}^2+{\left({\mathrm{\σ}}_{wz}\right)}^2}$

式中，σ_wx表示前后方向振动的加速度的加权均方根值；σ_wy表示左右方向振动的加速度的加权均方根值；σ_wz表示上下方向振动的加速度的加权均方根值。