CN110715685A - 一种基于智能手机的路面行驶质量检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于智能手机的路面行驶质量检测方法属于交通运输工程领域。通过智能手机内置传感器采集得到的路面行车产生的三轴振动加速度、时间、速度、位置等信息，通过数据的处理分析，依据我国路面行驶质量评定方法，得到基于智能手机振动数据的路面行驶质量评定结果。该方法利用智能手机的振动检测辅助功能，实现路面行驶质量的智能化检测和评价，提升路面行驶质量的检测智能化水平。本发明的路面行驶质量检测评定方法智能化程度高，检测成本低，使用方便，评价结果可用于对路面行驶质量的实时监测、路面养护维修和管理的辅助决策。
Description
技术领域
本发明涉及交通运输工程领域，具体涉及一种基于智能手机采集行车振动的路面行驶质量检测方法。
背景技术
随着我国公路交通事业的发展和人本理念的提高，道路使用者对道路服务质量的关注度日渐提高，行车舒适性是路面服务水平最直接的反映，它主要受到路面平整度影响，路面平整度一方面影响行车的舒适性，另一方面也直接影响行车的安全性和汽车的油耗、机械磨损、尾气排放、行驶速度等。
现行《公路技术状况评定标准》(JTG 5210-2018)中的路面行驶质量指数RQI(Riding Quality Index)是表征路面行驶质量的技术指标，是路面技术状况评定的重要评价指标之一，计算公式为：
式中：IRI—国际平整度指数(m/km)；
a0—高速公路和一级公路采用0.026，其他等级公路采用0.0185；
a1—高速公路和一级公路采用0.65，其他等级公路采用0.58。
实际检测评价流程和方法是：利用专用设备检测路面的国际平整度指数 IRI，利用公式计算路面行驶质量指数，根据表1所示RQI划分标准，对路面行驶质量做出优、良、中、次、差等五级评定。
表1我国标准规定的路面行驶质量指数RQI评定等级
| 评定指标 | 优 | 良 | 中 | 次 | 差 |
| RQI | ≥90 | ≥80，＜90 | ≥70，＜80 | ≥60，＜70 | ＜60 |
目前我国路面平整度检测主要应用激光断面类测试设备，检测精度高，自动化程度高。但该类设备造价高，投入较大，覆盖范围小，检测过程对路面行车有较大影响。同时，现有方法检测频率低，公路路面平整度的检测频率基本为一年一次，不能对路面平整度进行实时检测，无法满足管理部门的日常监测需求。
随着移动互联网和计算机技术的发展和普及，利用移动智能设备检测路面技术状况已成为当前公路路面检测方法的新趋势。从国内外将移动智能终端用于路面技术状况调查的研究来看，大部分智能检测系统的功能较为单一，更多地对路面病害进行定性描述，精度较低，缺少反映路面行驶质量的定量评价指标。
面对当前检测方法的不足和道路检测任务逐年加剧的情况，如何通过智能、高效、实时、低成本的检测方式评价路面行驶质量是交通行业设施建设发展面临的重要问题。
发明内容
针对上述检测方法的不足，为了方便快捷且低成本地实时监测路面行驶质量，本发明以当下流行的众包发展模式为发展目标，利用社会车辆采集路面行车数据，通过本发明的路面行驶质量检测评价方法，实现实时把握整体路网状况、提高道路检测效率的目标。
本发明的基本思路是，通过智能手机内置传感器采集得到的路面行车产生的三轴振动加速度、时间、速度、位置等信息，通过数据的处理分析，依据我国路面行驶质量评定方法，得到基于智能手机振动数据的路面行驶质量评定结果。该方法利用智能手机的辅助振动检测功能，实现路面行驶质量的智能化检测和评价，提升路面行驶质量的检测智能化水平。本发明的路面行驶质量检测评定方法智能化程度高，检测成本低，使用方便，评价结果可用于对路面行驶质量的实时监测、路面养护维修和管理的辅助决策等。
本发明的具体步骤如下：
1.在智能手机上安装行车振动采集应用程序，并将智能手机以水平或支架状态固定在车辆中前部；
所述的智能手机最低支持Android 5.0系统，具有运动传感器及GPS等相关部件。
所述的车辆为城市道路中乘坐9人以下的小型轻便载客汽车，如起亚福瑞迪、本田CRV、上汽大通G10等车型。
2.智能手机通过内置的加速度传感器和GPS以特定频率采集路面行车数据，主要包括行车时间time；行车速度v′；行车三轴振动加速度a′x、a′y、a′z；实时行车位置信息latitude、longitude；
所述的特定频率在10Hz-100Hz选择范围中设置为10Hz。
3.对数据进行预处理、以百米为基本单元分段，计算每百米单元的平均行车速度v和路面行车质量评价指标合成振动加速度标准差am；计算公式如下：
其中：∑v′表示对每百米单元内的行车速度求和，ami为每百米单元内第 i个合成振动加速度，N为每百米单元内的采集点数。
所述的预处理包括采用卡尔曼滤波算法过滤原始振动信号，消除噪声。剔除行车速度小于20km/h和大于85km/h的无效数据。
4.判断评价单元内的行车速度区间，通过移动网络将采集数据、指标信息发送至后台服务器，应用评定标准对其进行匹配，得到基于智能手机振动数据的路面行驶质量评价结果，将评价结果按不同颜色区分不同等级并显示在地图应用的行车路线中；
所述的行车速度区间为20<v<40km/h、40<v<65km/h、65<v<85km/h三个速度区间。
所述的评定标准基于试验道路的行车数据与路面行驶质量指数RQI的对应关系，以RQI评价结果作为分类依据，应用试验道路指标均值的95％置信区间作为本发明评价方法的分级基础，具体分为优、良、中、差四个评价等级，并分别以绿、黄、橙、红四个颜色区分。
本发明的有益效果：
1.本发明可以实现通过利用社会车辆的路面行车数据的采集，对路面行驶质量进行实时、全覆盖的监测和检测，路面行驶质量检测效率和范围得到大幅提升；
2.本发明可以为道路养护和管理部门的养护维修决策提供一种新的辅助工具和方法；
3.本发明为交通参与者的出行选择提供了一个新的参考指标，即每条道路的路面行驶质量状况；
4.本发明的基于智能手机的路面行驶质量检测评价方法和模式为互联网行业、地图导航行业等提供了一个新的发展领域。
附图说明
图1路面行驶质量检测评价流程；
图2路面行驶质量检测评价结果显示。
具体实施方式
下面结合附图通过实施例对本发明作进一步说明。
如图1、表2和图2所示，一种基于智能手机的路面行驶质量检测方法，包括以下步骤：
1.在智能手机华为P10上安装行车振动数据采集应用程序，并将智能手机以支架状态固定在本田CRV车辆的前挡风玻璃处；
2.智能手机通过内置的加速度传感器和GPS以10Hz的频率采集路面行车数据，主要包括行车时间time；行车速度v′；行车三轴振动加速度a′x、a′y、 a′z；实时行车位置信息latitude、longitude；
3.手机系统过滤原始数据，剔除行车速度小于20km/h和大于85km/h的采集数据，以百米为基本单元分段，计算每百米单元的平均行车速度v和路面行车质量评价指标合成振动加速度标准差am；计算公式如下：
其中：∑v′表示对每百米单元内的行车速度求和，ami为每百米单元内第 i个合成振动加速度，N为每百米单元内的采集点数。
4.判断评价单元内的行车速度区间(①20<v<40km/h；②40<v<65km/h；③65<v<85km/h)，通过移动网络将采集数据、指标信息发送至后台服务器，应用评定标准对其进行匹配，得到基于智能手机振动数据的路面行驶质量评价结果，将结果按不同颜色区分不同等级并显示在地图应用的行车路线中；例如：经计算，40<v<65km/h，am＝0.750m/s2,则该单元的路面行驶质量评价结果为良，在地图应用的百米单元行车路线中显示黄色。
本发明通过智能手机的应用程序获取路面行车数据信息，计算路面行车质量评价指标，后台服务器应用评定标准对这些数据进行分析，得到基于智能手机振动数据的路面行驶质量评价等级，并按照不同颜色反映在地图应用的行车路线中。
表2路面行驶质量评价标准
Claims (6)
1.一种基于智能手机的路面行驶质量检测方法，其特征在于，包括：
1.1 在智能手机上安装路面行驶振动采集应用程序，并将智能手机以水平或支架状态固定在车辆中；
1.2 智能手机通过内置的加速度传感器和GPS采集路面行车数据，包括行车时间；行车速度v′；行车三轴振动加速度a′x、a′y、a′z；实时行车位置；
1.3 对数据进行预处理、以百米为基本单元分段，计算每百米单元的平均行车速度v和路面行车质量评价指标合成振动加速度标准差am；计算公式如下：
其中：∑v′表示对每百米单元内的行车速度求和，ami为每百米单元内第i个合成振动加速度，N为每百米单元内的采集点数；
1.4 判断评价单元内的行车速度区间，通过移动网络将采集数据、指标信息发送至云端服务器，服务器对数据进行算法处理，应用评定标准对其进行匹配，得到基于智能手机振动数据的路面行驶质量评价结果；
1.5 地图服务器将评价结果按不同颜色区分不同等级并显示在地图应用的行车路线中。
2.根据权利要求1所述的路面行驶质量检测方法，其特征在于，所述的智能手机最低支持Android 5.0系统，数据采集频率为10Hz。
3.根据权利要求1所述的路面行驶质量检测方法，其特征在于，所述的车辆为城市道路中乘坐9人以下的小型轻便载客汽车。
4.根据权利要求1所述的路面行驶质量检测方法，其特征在于，所述的预处理包括采用卡尔曼滤波算法过滤原始振动信号，消除噪声；剔除行车速度小于20km/h和大于85km/h的无效数据。
5.根据权利要求1所述的路面行驶质量检测方法，其特征在于，所述的行车速度区间为20<v<40km/h、40<v<65km/h、65<v<85km/h三个速度区间。
6.根据权利要求1所述的路面行驶质量检测方法，其特征在于，所述的评定标准基于试验道路的行车数据与路面行驶质量指数RQI的对应关系，以RQI评价结果作为分类依据，应用试验道路指标均值的95％置信区间作为分级基础，基于三个速度区间设置不同评价等级的阈值，具体分为优、良、中、差四个评价等级，并分别以四个不同颜色区分。
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