CN110852542B - 一种道路平整度的计算方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种道路平整度的计算方法及系统，包括：采集车辆在道路上的行驶数据，其中，所述行驶数据包括车辆的行驶速度和车辆的重力加速度；对所述行驶数据进行预处理，获得目标重力加速度；基于预设平整度计算公式，根据所述目标重力加速度，计算获得道路平整度系数。通过本发明实现了对通车后的道路的平整度的测量，并提醒驾驶人员有效避开颠簸路段的目的。

Description

一种道路平整度的计算方法及系统

技术领域

本发明涉及交通技术领域，特别是涉及一种道路平整度的计算方法及系统。

背景技术

道路平整度与道路各结构层次的平整状况有着一定的联系，即各层次的平整效果将累积反映到道路表面上。平整度检测是规定的标准量规，间断或连续的测量道路表面的凹凸情况，即平整度的指标，也是路面进行验收和养护的重要环节。

现有的测量道路平整度主要是通过以下技术进行测量的：三米直尺测定方法、八轮连续式平整度仪测定、车载式颠簸积累仪平整度实验方法、激光平整度测试仪测定。例如，在道路施工的质量评估时，多采用激光平整度测试仪；在路面的定期检测评价中，主要是使用车载颠簸仪器。上述测量仪器的测量，主要用于道路完成或者道路进行修证后的质量验收，对于通车后的道路进行平整度检测存在较大困难，无法提醒驾驶员存在颠簸路段。

发明内容

针对于上述问题，本发明提供一种道路平整度的计算方法及系统，实现了对通车后的道路的平整度的测量，并提醒驾驶人员有效避开颠簸路段的目的。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种道路平整度的计算方法，包括：

采集车辆在道路上的行驶数据，其中，所述行驶数据包括车辆的行驶速度和车辆的重力加速度；

对所述行驶数据进行预处理，获得目标重力加速度；

基于预设平整度计算公式，根据所述目标重力加速度，计算获得道路平整度系数。

可选地，还包括：

基于预设的时间衰减权重，对所述道路平整度系数进行更新处理，使得所述道路平整系数与当前时间段相匹配。

可选地，在采集车辆在道路上的行驶数据之后，还包括：

获取车辆的GPS时间序列；

将采集到的行驶数据与所述GPS时间序列相匹配，使得所述行驶数据能够与车辆的行驶路段进行匹配。

可选地，所述对所述行驶数据进行预处理，获得目标重力加速度，包括：

删除所述行驶数据中的异常数据，获得删除后的行驶数据；

根据所述删除后的行驶数据中的车辆的速度和车辆的重力加速度，去除所述车辆的重力加速度的静态偏差，计算获得第一重力加速度；

去除所述第一重力加速度的标度偏差，计算获得第二重力加速度，并将所述第二重力加速度记为目标重力加速度。

可选地，所述基于预设平整度计算公式，根据所述目标重力加速度，计算获得道路平整度系数，包括：

根据所述目标重力加速度和重力加速度均值，计算获得道路平整度能量；

依据所述车辆的行驶速度和所述道路平整度能量，计算获得道路平整度；

基于所述道路平整度，计算获得道路平整度系数。

一种道路平整度的计算系统，包括：

采集单元，用于采集车辆在道路上的行驶数据，其中，所述行驶数据包括车辆的行驶速度和车辆的重力加速度；

预处理单元，用于对所述行驶数据进行预处理，获得目标重力加速度；

计算单元，用于基于预设平整度计算公式，根据所述目标重力加速度，计算获得道路平整度系数。

可选地，还包括：

更新单元，用于基于预设的时间衰减权重，对所述道路平整度系数进行更新处理，使得所述道路平整系数与当前时间段相匹配。

可选地，还包括：

获取单元，用于获取车辆的GPS时间序列；

匹配单元，用于将采集到的行驶数据与所述GPS时间序列相匹配，使得所述行驶数据能够与车辆的行驶路段进行匹配。

可选地，所述预处理单元，包括：

删除子单元，用于删除所述行驶数据中的异常数据，获得删除后的行驶数据；

第一去除子单元，用于根据所述删除后的行驶数据中的车辆的速度和车辆的重力加速度，去除所述车辆的重力加速度的静态偏差，计算获得第一重力加速度；

第二去除子单元，用于去除所述第一重力加速度的标度偏差，计算获得第二重力加速度，并将所述第二重力加速度记为目标重力加速度。

可选地，所述计算单元包括：

第一计算子单元，用于根据所述目标重力加速度和重力加速度均值，计算获得道路平整度能量；

第二计算子单元，用于依据所述车辆的行驶速度和所述道路平整度能量，计算获得道路平整度；

第三计算子单元，用于基于所述道路平整度，计算获得道路平整度系数。

相较于现有技术，本发明提供了一种道路平整度的计算方法及系统，通过采集车辆在道路上的行驶数据，而无需封闭道路进行测量，然后基于采集的行驶数据进行预处理后，计算获得道路平整度系数，该道路平整度系数是基于车辆的重力加速度和车速计算获得的，能够表征该道路的颠簸程度，因此，实现了对通车后的道路的平整度的测量，并提醒驾驶人员有效避开颠簸路段的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种道路平整度的计算方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种道路平整度的计算方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种道路平整度的计算系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

在本发明实施例中提供了一种道路平整度的计算方法，参见图1，该方法包括以下步骤：

S101、采集车辆在道路上的行驶数据；

其中，所述行驶数据包括车辆的行驶速度和车辆的重力加速度。对于现有车辆，只需在车辆上安装加速度计和信号发射装置，可以通过加速度计采集车辆的重力加速度，并根据车辆上的速度采集装置采集车辆的实时车速，基于信号发射装置可以将采集到的车辆的重力加速度和车速发送到车辆的电子控制单元进行分析计算，也可以远程发送至监控中心或者计算中心进行计算。对于新能源汽车由于相关政策规定需要上传信号，故新能源汽车已经有信号发射装置，并且互联网汽车也有信号发射装置。即对于新能源和互联网汽车，只需要额外安装加速度计即可。因此，在本发明中使用的测量仪器较为简单，进一步控制了测量成本问题。

S102、对所述行驶数据进行预处理，获得目标重力加速度。

为了保证计算的准确性，本发明实施例中集合了单车和群体车的数据，即可以采集某一辆车辆的行驶数据，也可以采集某些车辆的行驶数据，这样会使得数据具有统计性更加精准，当然为了提高最终结果的准确性可以采集同一型号的车辆的行驶数据，也可以采集同一时间段同一路段的车辆的行驶数据。

在该预处理阶段，不仅包括常规数据的预处理，即删除异常数据，卡尔曼滤波滤除白噪声，转换坐标轴方向等，其中，删除异常数据主要包括数据值为0、空值或者数据值过大的数据，转换坐标轴方向主要是对三轴加速度值要做方向转换。

同时，在预处理中还包括归一化偏差与标度因数误差处理，由于在本发明实施例中将每一台车辆都作为一台仪器样本，车辆基数较大，每辆车上的加速度计基准不同，会存在静态偏差和标度偏差。z轴加速度在水平路面的静态车辆上，应该为0g；同样外力下，加速度计应该测量出同一加速度，但现实中，不同的仪器，静态数据与标度都有一定的差距，需要对数据进行归一化处理。因此，本发明实施例中的预处理方法，可以包括：

删除所述行驶数据中的异常数据，获得删除后的行驶数据；

根据所述删除后的行驶数据中的车辆的速度和车辆的重力加速度，去除所述车辆的重力加速度的静态偏差，计算获得第一重力加速度；

去除所述第一重力加速度的标度偏差，计算获得第二重力加速度，并将所述第二重力加速度记为目标重力加速度。

S103、基于预设平整度计算公式，根据所述目标重力加速度，计算获得道路平整度系数。

当采集到的行驶数据满足进行计算的数据量时，根据目标重力加速度计算获得道路平整度系数。该道路平整度系数可以表征道路的颠簸程度或者平整程度，可以包括：

根据所述目标重力加速度和重力加速度均值，计算获得道路平整度能量；

依据所述车辆的行驶速度和所述道路平整度能量，计算获得道路平整度；

基于所述道路平整度，计算获得道路平整度系数。

本发明提供了一种道路平整度的计算方法，通过采集车辆在道路上的行驶数据，而无需封闭道路进行测量，然后基于采集的行驶数据进行预处理后，计算获得道路平整度系数，该道路平整度系数是基于车辆的重力加速度和车速计算获得的，能够表征该道路的颠簸程度，因此，实现了对通车后的道路的平整度的测量，并提醒驾驶人员有效避开颠簸路段的目的。

参见图2，为本发明实施例提供的另一种道路平整度的计算方法，包括：

S201、获取行车数据；

其中，行车数据包括车速、重力加速度和GPS时间序列，其中，GPS时间序列表征对车辆在不同时间上相继观测到的道路位置观测值形成的一组数列。

S202、行车数据整合和常规预处理；

行车数据整合是匹配道路信息，计算以每个路段为粒度，该路段上的全部信号为样本，具体的，将GPS时间序列与行驶数据进行匹配，即将采集到的车速和重力加速度按时间分配到采集的道路路段上。

常规预处理可以包括：删除异常数据、卡尔曼滤波滤除白噪声、转换坐标轴方向等。

S203、去除重力加速度的静态偏差。

在车辆接近静态状态下：v≤v₀，其中，v为车辆的车速，v₀为一个很小的固定速度，当车辆小于该值时可以认为该车辆接近静止。

当满足上述条件时，计算垂直加速度均值：

μ＝avg(z_i)，v≤v₀

其中，μ为重力加速度均值，z_i为每个时刻的瞬时重力方向的加速度。

对于全量垂直加速度：

z_i＝z_i-μ。

S204、去除重力加速度的标度偏差。

再去除静态偏差后，需要去除每辆车的标度偏差。在车辆相同速度，运行在同一种道路上(如高速公路)，累计到一定的数据量时，由于道路不平整导致的颠簸量应该相近。故对于情景s(某速度段，某类型道路)的车辆p，计算该车辆垂直加速度均值：

其中，n为样本数量。

对于同车型的m辆车，做标度归一化。对于车辆p:

其中，j为1到m的正整数。

在去除了静态偏差和标度偏差后，可以计算道路平整度。

S205、计算道路平整度能量；

若道路段信号个数超过某个阈值数量，触发计算新的道路平整度，需要说明的是若信号数量太少，可能会导致偏差较大。

首先计算道路平整度能量：

S206、去除速度影响；

由于车辆垂直方向能量与车速成正比，即车速越大，能量越大。若要计算出道路平整度，应该去除速度的影响，即：

速度越小时，1/v的值越大，为了控制1/v的影响，增加一步计算：

v＝max(10,v_i)，其中，10为设定的一个较小速度的数值，当然也可以为其他数值。

故同一段道路上的平整度系数也可以成为颠簸系数d:

其中，v₁为上述描述的一个较小速度的数值，例如可以设置为10km/h等。

S207、加权更新道路平整度。

以时间衰减权重σ更新道路平整系数：

d_t+1＝σ×d_new+(1-σ)×d_t

其中，d_new为当前最新的道路平整系数，d_t为当一时刻的道路平整系数，d_t+1为预测时刻的道路平整系数。

这样实现了对道路平整系数的实时更新，可以解决随着时间推移造成的系数不准确的问题。

通过本发提供的实施例，由于只需要在汽车上安装加速度计和信号发射装置即可，降低了测量道路平整的仪器成本；采集的数据基于车辆数大，信号数量大，覆盖道路广泛，减少了数据量小导致的偏差。根据车辆真实在道路上的行车状态做计算，可以准时更新道路的颠簸程度，对道路问题发现及时，无需关闭道路，对车速无要求，误区额外的出车成本，使用广大车主正常行驶的数据做计算即可。可以应用于提醒驾驶员避开颠簸路段，提醒道路养护部门及时修整道路，提供给第三方导航系统丰富地图数据。

在本发明实施例中还提供了一种道路平整度的计算系统，参见图3，包括：

采集单元301，用于采集车辆在道路上的行驶数据，其中，所述行驶数据包括车辆的行驶速度和车辆的重力加速度；

预处理单元302，用于对所述行驶数据进行预处理，获得目标重力加速度；

计算单元303，用于基于预设平整度计算公式，根据所述目标重力加速度，计算获得道路平整度系数。

可选地，还包括：

更新单元，用于基于预设的时间衰减权重，对所述道路平整度系数进行更新处理，使得所述道路平整系数与当前时间段相匹配。

可选地，还包括：

获取单元，用于获取车辆的GPS时间序列；

匹配单元，用于将采集到的行驶数据与所述GPS时间序列相匹配，使得所述行驶数据能够与车辆的行驶路段进行匹配。

可选地，所述预处理单元，包括：

删除子单元，用于删除所述行驶数据中的异常数据，获得删除后的行驶数据；

第一去除子单元，用于根据所述删除后的行驶数据中的车辆的速度和车辆的重力加速度，去除所述车辆的重力加速度的静态偏差，计算获得第一重力加速度；

第二去除子单元，用于去除所述第一重力加速度的标度偏差，计算获得第二重力加速度，并将所述第二重力加速度记为目标重力加速度。

可选地，所述计算单元包括：

第一计算子单元，用于根据所述目标重力加速度和重力加速度均值，计算获得道路平整度能量；

第二计算子单元，用于依据所述车辆的行驶速度和所述道路平整度能量，计算获得道路平整度；

第三计算子单元，用于基于所述道路平整度，计算获得道路平整度系数。

本发明提供了一种道路平整度的计算系统，通过采集单元采集车辆在道路上的行驶数据，而无需封闭道路进行测量，然后在预处理单元和计算单元中基于采集的行驶数据进行预处理后，计算获得道路平整度系数，该道路平整度系数是基于车辆的重力加速度和车速计算获得的，能够表征该道路的颠簸程度，因此，实现了对通车后的道路的平整度的测量，并提醒驾驶人员有效避开颠簸路段的目的。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种道路平整度的计算方法，其特征在于，包括：

采集车辆在道路上的行驶数据，其中，所述行驶数据包括车辆的行驶速度和车辆的重力加速度；

对所述行驶数据进行预处理，获得目标重力加速度；

基于预设平整度计算公式，根据所述目标重力加速度，计算获得道路平整度系数；

所述对所述行驶数据进行预处理，获得目标重力加速度，包括：

删除所述行驶数据中的异常数据，获得删除后的行驶数据；

根据所述删除后的行驶数据中的车辆的速度和车辆的重力加速度，去除所述车辆的重力加速度的静态偏差，计算获得第一重力加速度；

去除所述第一重力加速度的标度偏差，计算获得第二重力加速度，并将所述第二重力加速度记为目标重力加速度；

其中，所述基于预设平整度计算公式，根据所述目标重力加速度，计算获得道路平整度系数，包括：

根据所述目标重力加速度和重力加速度均值，计算获得道路平整度能量；

依据所述车辆的行驶速度和所述道路平整度能量，计算获得道路平整度；

基于所述道路平整度，计算获得道路平整度系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

基于预设的时间衰减权重，对所述道路平整度系数进行更新处理，使得所述道路平整度系数与当前时间段相匹配。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在采集车辆在道路上的行驶数据之后，还包括：

获取车辆的GPS时间序列；

将采集到的行驶数据与所述GPS时间序列相匹配，使得所述行驶数据能够与车辆的行驶路段进行匹配。

4.一种道路平整度的计算系统，其特征在于，包括：

采集单元，用于采集车辆在道路上的行驶数据，其中，所述行驶数据包括车辆的行驶速度和车辆的重力加速度；

预处理单元，用于对所述行驶数据进行预处理，获得目标重力加速度；

计算单元，用于基于预设平整度计算公式，根据所述目标重力加速度，计算获得道路平整度系数；

其中，所述预处理单元，包括：

删除子单元，用于删除所述行驶数据中的异常数据，获得删除后的行驶数据；

第一去除子单元，用于根据所述删除后的行驶数据中的车辆的速度和车辆的重力加速度，去除所述车辆的重力加速度的静态偏差，计算获得第一重力加速度；

第二去除子单元，用于去除所述第一重力加速度的标度偏差，计算获得第二重力加速度，并将所述第二重力加速度记为目标重力加速度；

其中，所述计算单元包括：

第一计算子单元，用于根据所述目标重力加速度和重力加速度均值，计算获得道路平整度能量；

第二计算子单元，用于依据所述车辆的行驶速度和所述道路平整度能量，计算获得道路平整度；

第三计算子单元，用于基于所述道路平整度，计算获得道路平整度系数。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括：

更新单元，用于基于预设的时间衰减权重，对所述道路平整度系数进行更新处理，使得所述道路平整度系数与当前时间段相匹配。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括：

获取单元，用于获取车辆的GPS时间序列；

匹配单元，用于将采集到的行驶数据与所述GPS时间序列相匹配，使得所述行驶数据能够与车辆的行驶路段进行匹配。

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