CN107907076B

CN107907076B - 路面功率谱测量方法

Info

Publication number: CN107907076B
Application number: CN201711010085.1A
Authority: CN
Inventors: 魏晖
Original assignee: Jiangxi University of Technology
Current assignee: Jiangxi University of Technology
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2020-03-20
Anticipated expiration: 2037-10-25
Also published as: CN107907076A

Abstract

本发明提供了一种路面功率谱测量方法，包括：获取矢距测量装置的频域响应函数，并依据所述频域响应函数确定反滤波频域响应函数；获得路面的矢距信号，并计算得到矢距序列的功率谱；根据所述矢距序列的功率谱获取和所述反滤波频域响应函数计算出路面的位移功率谱。上述路面功率谱测量方法，利用矢距的反滤波方法计算路面位移功率谱，避免了惯性器件的随机游走与车身‑悬挂的解耦，且矢距的测量可采用非接触方法，其动态响应快、测量效率高、技术成本低，适合于道路质量的快速检测。

Description

路面功率谱测量方法

技术领域

本发明涉及路面特征识别领域技术领域，特别涉及一种路面功率谱测量方法。

背景技术

路面平整度(Road Surface Roughness)指的是路表面纵向的凹凸量的偏差值，路面平整度无论是在道路施工过程中，还是在质量验收和养护管理中都是一项必检的指标，它直接影响车辆的行车舒适性和行车安全性。平整度差的道路不仅影响道路行车安全，低行车速度，低行车舒适度，且产生噪声污染，增加油耗，加速车辆磨损。

现有的测量路面平整度的方法，一般通过车载激光测距仪或者加速度计检测车身底部净空高度和垂直位移，测定路面纵向轮廓曲线标高，然而其均无法避免惯性器件的随机游走与车身-悬挂的耦合作用，导致测量不准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种路面功率谱测量方法，以提高测量的准确性。

一种路面功率谱测量方法，包括：获取矢距测量装置的频域响应函数，并依据所述频域响应函数确定反滤波频域响应函数；获得路面的矢距信号，并计算得到矢距序列的功率谱；根据所述矢距序列的功率谱和所述反滤波频域响应函数计算出路面的位移功率谱。

相较于现有技术，上述路面功率谱测量方法，利用矢距的反滤波方法计算路面位移功率谱，避免了惯性器件的随机游走与车身-悬挂的解耦，且矢距的测量可采用非接触方法，其动态响应快、测量效率高、技术成本低，适合于道路质量的快速检测。

进一步地，计算所述位移功率谱的公式为：Gq(ω)＝|H'(ω)|²*Gv(ω)；其中，H'(ω)为反滤波频域响应函数，Gv(ω)为矢距序列的功率谱。

进一步地，所述获取矢距测量装置的频域响应函数的步骤包括：根据公式：V(t)＝-q(t)+[q(t-L)+q(t+L)]/2，得到矢距测量装置测量里程t处的矢距v(t)，其中q(t)为里程t处的高度/mm；L为测距传感器的间距/m；对公式V(t)＝-q(t)+[q(t-L)+q(t+L)]/2进行傅里叶变换，得到频域响应函数的计算公式：H(ω)＝V(ω)/Q(ω)＝-(1-cos(2πL/λ))，式中：ω为空间域角频率/rad·m^-1,ω＝2π/λ；λ为沿着路面纵剖面其波长/m。

进一步地，计算所述反滤波频域响应函数的公式为：

H'(ω)＝1/H(ω)＝-1/(1-cos(2πL/λ))。

进一步地，所述获得路面的矢距信号的方法包括：在矢距测量装置步进方式下，通过多点激光同步测距，获得路面的矢距信号。

进一步地，所述矢距序列的功率谱的获取方法包括周期图法、平均周期图法、修正平均周期图法或者BT算法当中的一种或多种。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的路面功率谱测量方法的流程图；

图2为图中的路面功率谱测量方法的应用图。

主要元件符号说明

10、检测梁；20、激光测距仪；30、行走轮；100、路面。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干个实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

国外在路面检测技术方面的研究已经有30多年的历史，并且随着高新技术的发展已逐渐趋于成熟。路面平整度测量发展历经人工检测阶段→低速连续测量阶段→中速连续测量阶段→快速综合测量阶段，其测量方法和仪器也有多类。按照测量基准分类有固定基准、随动基准、递推基准、惯性基准和角度基准等；按照测量原理不同分为直接接触式的测量仪和非接触式测量仪(响应式测量仪)等。接触式道路谱或路面不平度的测量检测方法，其优点是结构简单、成本低、测量精度相对较高、重复性好和误差来源较少；缺点是操作冗繁、速度慢、效率低和影响正常的交通秩序。非接触式(响应式)道路谱测量检测方法由于测量方便快捷、测量速度快而得到了普遍推广，主要有车载式颠簸累积仪、基于惯性基准的轴头加速度测量方法、基于惯性基准的激光位移传感器与加速度传感器配合使用的激光断面仪、沿车辆纵向一列分布多个加速度传感器的惯性测量方法以及图像的方法等。加拿大ROADWARE公司的ARAN综合检测车、日本中日本高速公路公司Road Man综合检测车、丹麦DYNATEST公司的路面平整度仪等，这些设备都是通过车载激光测距仪或者加速度计检测车身底部净空高度和垂直位移，测定路面纵向轮廓曲线标高，然而其均无法避免惯性器件的随机游走与车身-悬挂的耦合作用。

请参阅图1，本发明一个实施例提供的一种路面功率谱测量方法，包括步骤S01至步骤S03。

步骤S01，获取矢距测量装置的频域响应函数，并依据所述频域响应函数确定反滤波频域响应函数。

请参阅图2，具体的，在本实施例中，所述矢距测量装置包括检测梁10，和设于所述检测梁10的三个激光测距仪20，以及设于所述检测梁10两端的行走轮30，三个激光测距仪20对称设于所述检测梁10上，测量时，所述矢距测量装置通过步进的方式在路面100上行走，步进距离为L，三个激光测距仪20每行驶lm后采样刚性检测梁到路面的距离，可以理解的，在本实施例中，还可以设置一同步触发器，通过所述同步触发器控制三个激光测距仪20按步距L等间隔采样。

具体的，所述获取矢距测量装置的频域响应函数的步骤包括：

根据公式：V(t)＝-q(t)+[q(t-L)+q(t+L)]/2，得到矢距测量装置测量里程t处的矢距v(t)，其中q(t)为里程t处的高度/mm；L为测距传感器的间距/m。

对公式V(t)＝-q(t)+[q(t-l)+q(t+L)]/2进行傅里叶变换。

得到V(ω)＝-Q(ω)[1-0.5(e^-jωL+e^+jωL)]…….公式1。

将公式1代入公式H(ω)＝V(ω)/Q(ω)，得：

H(ω)＝-[1-0.5(e^-jωL+e^+jωL)]＝1-cos(ωL)，ω为空间域角频率/rad·m^-1，ω＝2π/λ，推出：H(ω)＝-(1-cos(2πL/λ))

式中：λ为沿着路面纵剖面其波长/m。进一步地，计算所述反滤波频域响应函数的公式为：H'(ω)＝1/H(ω)＝-1/(1-cos(2πL/λ))。

步骤S02，获得路面的矢距信号，并计算得到矢距序列的功率谱。

具体的，在本实施例中，所述获得路面的矢距信号的方法包括：在矢距测量装置步进方式下，通过三个激光测距仪20同步测距，获得路面的矢距信号，以得到矢距序列{v_i|i＝1，2，…，n}，然后计算矢距序列{v_i|i＝1，2，…，n}的功率谱Gv(ω)，所述矢距序列的功率谱的获取方法包括周期图法、平均周期图法、修正平均周期图法或者BT算法当中的一种或多种。

周期图法是一种信号功率谱密度估计方法。M.S.巴特利特提出平均周期图法，即先把信号序列分为若干段，对每段分别计算其周期图，然后取各个周期图的平均作为功率谱的估值。

步骤S03，根据所述矢距序列的功率谱和所述反滤波频域响应函数计算出路面的位移功率谱。

计算所述位移功率谱的公式为：Gq(ω)＝|H'(w)|²*Gv(ω)；其中，H'(ω)为反滤波频域响应函数，Gv(ω)为矢距序列的功率谱。

上述路面功率谱测量方法，利用矢距的反滤波方法计算路面位移功率谱，避免了惯性器件的随机游走与车身-悬挂的解耦，且矢距的测量可采用非接触方法，其动态响应快、测量效率高、技术成本低，适合于道路质量的快速检测。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种路面功率谱测量方法，其特征在于，包括：

获取矢距测量装置的频域响应函数，并依据所述频域响应函数确定反滤波频域响应函数；

获得路面的矢距信号，并计算得到矢距序列的功率谱；

根据所述矢距序列的功率谱和所述反滤波频域响应函数计算出路面的位移功率谱，计算所述位移功率谱的公式为Gq(ω)＝|H'(ω)|²*Gv(ω)，其中，H'(ω)为反滤波频域响应函数，Gv(ω)为矢距序列的功率谱。

2.根据权利要求1所述的路面功率谱测量方法，其特征在于，所述获取矢距测量装置的频域响应函数的步骤包括：

根据公式：V(t)＝-q(t)+[q(t-L)+q(t+L)]/2，得到矢距测量装置测量里程t处的矢距v(t)，其中q(t)为里程t处的高度/mm；L为测距传感器的间距/m；

对公式V(t)＝-q(t)+[q(t-L)+q(t+L)]/2进行傅里叶变换，得到频域响应函数的计算公式：H(ω)＝V(ω)/Q(ω)＝-(1-cos(2πL/λ))，式中：ω为空间域角频率/rad·m^-1,ω＝2π/λ；λ为沿着路面纵剖面其波长/m。

3.根据权利要求2所述的路面功率谱测量方法，其特征在于，计算所述反滤波频域响应函数的公式为：H'(ω)＝1/H(ω)＝-1/(1-cos(2πL/λ))。

4.根据权利要求1所述的路面功率谱测量方法，其特征在于，所述获得路面的矢距信号的方法包括：在矢距测量装置步进方式下，通过多点激光同步测距，获得路面的矢距信号。

5.根据权利要求1所述的路面功率谱测量方法，其特征在于，所述矢距序列的功率谱的获取方法包括周期图法、平均周期图法、修正平均周期图法或者BT算法当中的一种或多种。