CN111060071A - 一种道路坡度的测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种道路坡度的测量方法及系统，该方法包括：得到惯性测量仪测量的检测车的横滚角和俯仰角的标定值；采集每一测量点的检测车的第一横滚角和第一俯仰角，采集第一测距仪组测量得到的每一测量点的一组第一测量值，采集第二测距仪组测量得到的每一测量点的一组第二测量值；计算得到每一测量点的检测车与道路的路面之间的横向夹角；计算得到每一测量点的检测车与道路的路面之间的纵向夹角；修正每一测量点的第一横滚角，得到每一测量点的第二横滚角；修正每一测量点的第一俯仰角，得到每一测量点的第二俯仰角；计算每一测量点的第二横滚角的正切值和第二俯仰角的正切值，得到每一测量点的道路的横坡坡度和纵坡坡度。本发明准确性高。

Description

一种道路坡度的测量方法及系统

技术领域

本发明涉及道路测量技术领域，尤其涉及一种道路坡度的测量方法及系统。

背景技术

现有道路坡度快速测量设备大多利用安装于车体底面的惯性测量单元(IMU)来测量车辆行驶过程中安装面的横滚角和俯仰角，并直接利用横滚角计算道路横坡坡度，利用俯仰角计算道路纵坡坡度。这种测量原理忽视了在车辆移动时，由于道路不平整或转弯、刹车等驾驶行为导致的IMU安装面(车底板)倾斜，即与路面形成夹角，从而出现坡度测量误差。

发明内容

本发明实施例提供一种道路坡度的测量方法及系统，以解决现有技术对道路坡度的测量误差较大的问题。

第一方面，提供一种道路坡度的测量方法，所述测量方法采用检测车，所述检测车上搭载有惯性测量仪、第一测距仪组和第二测距仪组，所述第一测距仪组包括至少两个沿所述检测车的宽度方向均匀间隔设置的第一测距仪，所述第二测距仪组包括至少两个沿所述检测车的长度方向均匀设置的第二测距仪，所述惯性测量仪的两个水平轴分别与所述检测车的长度方向和宽度方向平行，所述第一测距仪和所述第二测距仪发射的射线均平行于所述检测车的高度方向；

所述测量方法包括：

当所述检测车保持水平静止的状态时，对所述惯性测量仪进行标定，得到所述惯性测量仪测量的所述检测车的横滚角和俯仰角的标定值；

当所述检测车在待检测道路上沿道路中心线行驶时，采集所述惯性测量仪测量得到的每一测量点的所述检测车的第一横滚角和第一俯仰角，采集所述第一测距仪组测量得到的每一测量点的一组第一测量值，以及，采集所述第二测距仪组测量得到的每一测量点的一组第二测量值；

根据每一测量点的一组所述第一测量值，计算得到每一测量点的所述检测车与所述道路的路面之间的横向夹角；

根据每一测量点的一组所述第二测量值，计算得到每一测量点的所述检测车与所述道路的路面之间的纵向夹角；

根据所述横滚角的标定值和每一测量点的所述横向夹角，修正每一测量点的所述第一横滚角，得到每一测量点的第二横滚角；

根据所述俯仰角的标定值和每一测量点的所述纵向夹角，修正每一测量点的所述第一俯仰角，得到每一测量点的第二俯仰角；

分别计算每一测量点的所述第二横滚角的正切值和所述第二俯仰角的正切值，得到每一测量点的所述道路的横坡坡度和纵坡坡度。

第二方面，提供一种道路坡度的测量系统，包括：

检测车，所述检测车上搭载有惯性测量仪、第一测距仪组和第二测距仪组，所述第一测距仪组包括至少两个沿所述检测车的宽度方向均匀间隔设置的第一测距仪，所述第二测距仪组包括至少两个沿所述检测车的长度方向均匀设置的第二测距仪，所述惯性测量仪的两个水平轴分别与所述检测车的长度方向和宽度方向平行，所述第一测距仪和所述第二测距仪发射的射线均平行于所述检测车的高度方向；

标定模块，用于当所述检测车保持水平静止的状态时，对所述惯性测量仪进行标定，得到所述惯性测量仪测量的所述检测车的横滚角和俯仰角的标定值；

第一采集模块，用于当所述检测车在待检测道路上沿道路中心线行驶时，采集所述惯性测量仪测量得到的每一测量点的所述检测车的第一横滚角和第一俯仰角，采集所述第一测距仪组测量得到的每一测量点的第一测量值，以及，采集所述第二测距仪组测量得到的每一测量点的第二测量值；

第一计算模块，用于根据每一测量点的一组所述第一测量值，计算得到每一测量点的所述检测车与所述道路的路面之间的横向夹角；

第二计算模块，用于根据每一测量点的一组所述第二测量值，计算得到每一测量点的所述检测车与所述道路的路面之间的纵向夹角；

第一修正模块，用于根据所述横滚角的标定值和每一测量点的所述横向夹角，修正每一测量点的所述第一横滚角，得到每一测量点的第二横滚角；

第二修正模块，用于根据所述俯仰角的标定值和每一测量点的所述纵向夹角，修正每一测量点的所述第一俯仰角，得到每一测量点的第二俯仰角；

第三计算模块，用于分别计算每一测量点的所述第二横滚角的正切值和所述第二俯仰角的正切值，得到每一测量点的所述道路的横坡坡度和纵坡坡度。

这样，本发明实施例，可消除路面局部特征对检测车与路面的夹角的测量误差的影响，从而提高道路坡度测量的准确性，且测量速度快。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一优选实施例的道路坡度的测量方法的流程图；

图2是本发明另一优选实施例的道路坡度的测量方法的流程图；

图3是本发明实施例的道路坡度的测量系统的结构框图。

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作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一优选的实施例公开一种道路坡度的测量方法。该测量方法采用检测车。检测车上搭载有惯性测量仪、第一测距仪组和第二测距仪组。其中，第一测距仪组包括至少两个沿检测车的宽度方向均匀间隔设置的第一测距仪。第二测距仪组包括至少两个沿检测车的长度方向均匀间隔设置的第二测距仪。

惯性测量仪可以由陀螺仪和加速度计组成，是一种能够测量三维姿态角数据的集成仪器。惯性测量仪可以安装在检测车的车底板或平行于车底板的某结构面上，以保证惯性测量仪的两个水平轴分别与检测车的长度方向和宽度方向平行。例如，本发明一具体的实施例中，惯性测量仪采用由三轴加速度计和三个单轴陀螺仪组成的集成惯性测量仪，惯性测量仪安装在检测车内部的车底板中部。惯性测量仪的X轴与检测车的横轴(宽度方向)平行，惯性测量仪的Y轴与检测车的纵轴(长度方向)平行，惯性测量仪的数据采样频率设置为200Hz，横滚角和俯仰角测量精度为0.02°，航向角测量精度为0.05°。

第一测距仪和第二测距仪发射的射线均平行于检测车的高度方向。第一测距仪和第二测距仪可以是激光测距仪、红外测距仪等等。当第一测距仪和第二测距仪为激光测距仪时，发射的射线为激光；当第一测距仪和第二测距仪为红外测距仪时，发射的射线为红外光线。例如，本发明实施例的第一测距仪的数量为5个。第一测距仪沿检测车的宽度方向安装在车头位置，从左到右依次编号为1-5号。第二测距仪的数量为2个。第二测距仪沿检测车的长度方向安装，从前到后依次编号为1-2号。第一测距仪和第二测距仪位于检测车的同一高度位置。为了减少测距仪的数量，可以使序号为4的第一测距仪同时作为序号为1的第二测距仪，沿着长度方向在序号为4的第一测距仪的后方再设置序号为2的第二测距仪。在本发明一具体的实施例中，第一测距仪和第二测距仪均采用激光测距仪。激光测距仪采用基于激光投射光斑及面阵CCD的三角测量原理，测距精度0.1mm。

优选的，如图1所示，该测量方法包括如下的步骤：

步骤S101：当检测车保持水平静止的状态时，对惯性测量仪进行标定，得到惯性测量仪测量的检测车的横滚角和俯仰角的标定值。

具体的，可通过如下的过程进行标定：

(1)当检测车在预设位置沿第一方向保持水平静止的状态时，采集惯性测量仪测量得到的预设时间内的多个测量时刻的检测车的第三横滚角和第三俯仰角。

应当理解的是，多个测量时刻之间的间隔相等。预设时间长度可根据经验选择。

具体的，为了实现检测车保持水平的状态，可选择一平整的路面。将检测车停放到该路面上，且标记每一车轮在路面的位置。第一方向沿着检测车的车头指向车尾。

(2)计算得到多个测量时刻的第三横滚角的平均值和第三俯仰角的平均值。

应当理解的是，第三横滚角的平均值和第三俯仰角的平均值均为各自的算术平均值。

(3)当检测车在预设位置沿第二方向保持水平静止的状态时，采集惯性测量仪测量得到的预设时间内的多个测量时刻的检测车的第四横滚角和第四俯仰角。

第二方向沿着检测车的车头指向车尾。第一方向和第二方向之间的夹角为180°，因此，相当于将车调转180°。具体的，将检测车调转方向180°，每一车轮置于前述标记的位置，从而使检测车仍位于预设位置。

(4)计算得到多个测量时刻的第四横滚角的平均值和第四俯仰角的平均值。

应当理解的是，第四横滚角的平均值和第四俯仰角的平均值均为各自的算术平均值。

(5)计算第三横滚角的平均值和第四横滚角的平均值的平均值，得到检测车的横滚角的标定值。

应当理解的是，该平均值是算术平均值。

(6)计算第三俯仰角的平均值和第四俯仰角的平均值的平均值，得到检测车的俯仰角的标定值。

应当理解的是，该平均值是算术平均值。

通过上述的过程，可以得到横滚角和俯仰角的标定值。在本发明一具体实施例中，惯性测量仪的横滚角的标定值为1.65°，俯仰角的标定值为-0.07°。

步骤S102:当检测车在待检测道路上沿道路中心线行驶时，采集惯性测量仪测量得到的每一测量点的检测车的第一横滚角和第一俯仰角，采集第一测距仪组测量得到的每一测量点的一组第一测量值，以及，采集第二测距仪组测量得到的每一测量点的一组第二测量值。

一般的，每个测量点沿道路中心线均匀间隔设置。可通过安装于检测车的非导向轮轮毂或轮轴上的轮式测距编码器采集检测车的移动距离信息，从而可匹配每一测量点的相应测量值。轮式测距编码器采用光电码盘式编码器，内部激光线穿过带有阻光条带的码盘照射到感光器，通过码盘随车轮的同步转动驱动感光器输出表征载车行驶距离的编码信号，测距精度1mm。在本发明一具体的实施例中，轮式测距编码器安装在检测车的右后轮轮毂。对检测车行驶的速度没有要求，一般限制在120km/h以内。

步骤S103：根据每一测量点的一组第一测量值，计算得到每一测量点的检测车与道路的路面之间的横向夹角。

该横向夹角指的是，检测车的平行于检测车的宽度方向的直线与路面的夹角。以车头为正向，横向夹角大于0表明检测车向车身左侧倾斜，横向夹角小于0表明检测车向车身右侧倾斜。

具体的，该步骤包括：

(1)对第一测距仪的第一测量值进行低通滤波。

本发明实施例优选的低通滤波的归一化截止频率为：

f_c＝3×s_L。

其中，s_L表示相邻两个测量点之间的距离值，且s_L的单位为m。一般的，s_L的取值为0-0.3m。

在本发明一具体的实施例中，相邻两个测量点之间的距离s_L为0.05m，则低通滤波的归一化截止频率为0.15。

设计滤波器的长度为5，阶数为3。计算得到滤波器系数k₀＝0.370286，k₁＝0.271843，k₂＝0.095016，按如下公式对各个测距仪的全部测量值进行滤波处理：

x_l′＝k₀×x_l+k₁×(x_l-1+x_l+1)+k₂×(x_l-2+x_l+2)

l∈[3,M-2]。x_l表示测距仪的滤波前的测量值，x_l′表示测距仪的滤波后的测量值，M表示一个测距仪的测量值的总数。

通过低通滤波处理进而最大程度消除路面局部特征对测距仪的测量值的影响。

(2)以检测车前进的方向为正向，按照从左到右的顺序，对每一第一测距仪进行排序。

即最左边的第一测距仪的序号为1，从左到右，依次编号。

(3)采用第一方程计算每一测量点的横向夹角。

具体的，第一方程为：

其中，a表示横向夹角。i，j表示任意两个第一测距仪的序号，且i<j。A表示第一测距仪的编号的集合。n表示第一测距仪的数量，本发明一具体实施例中，第一测距仪的数量为5个。L_n表示相邻两个第一测距仪之间的水平间距，本发明一具体实施例中，相邻两个第一激光测距仪之间的距离为0.2m。x_i和x_j表示序号为i和j的第一测距仪的低通滤波后的第一测量值，可根据前述的计算式计算。应当理解的是，该第一方程的含义是要采用所有可能的满足要求的两个第一激光测距仪的第一测量值进行计算后求和。

通过上述的第一方程，对第一测距仪的测量值采用两两成对计算夹角并加权平均的处理方式，计算得到横向夹角，可消除路面局部特征对检测车与路面的横向夹角的测量误差的影响。

步骤S104：根据每一测量点的一组第二测量值，计算得到每一测量点的检测车与道路的路面之间的纵向夹角。

该纵向夹角指的是，检测车的平行于检测车的长度方向的直线与路面的夹角。以车头为正向，纵向夹角大于0表明检测车向车身后侧倾斜，纵向夹角小于0表明检测车向车身前侧倾斜。

具体的，该步骤包括：

(1)对第二测距仪的第二测量值进行低通滤波。

具体的，第二测距仪的低通滤波的归一化截止频率也为：

f_c＝3×s_L。

其中，s_L表示相邻两个测量点之间的距离值，且s_L的单位为m。

该滤波与第一测距仪一样，可参考前文的描述，在此不再赘述。

通过低通滤波处理进而最大程度消除路面局部特征对测距仪的测量值的影响。

(2)以检测车前进的方向为正向，按照从前到后的顺序，对每一第二测距仪进行排序。

即最前边的第二测距仪的序号为1，从前到后，依次编号。

(3)采用第二方程计算每一测量点的纵向夹角。

具体的，第二方程为：

其中，b表示纵向夹角。e，k表示任意两个第二测距仪的序号，且e<k。B表示第二测距仪的编号的集合。m表示第二测距仪的数量，本发明一具体实施例中，第二测距仪的数量为2个。L_m表示相邻两个第二测距仪之间的水平间距，本发明一具体实施例中，相邻两个第二测距仪之间的水平间距为2m。x_e和x_k表示序号为e和k的第二测距仪的低通滤波后的第二测量值。应当理解的是，该第二方程的含义是要采用所有可能的满足要求的两个第二激光测距仪的第二测量值进行计算后求和。

通过上述的第二方程，对第二测距仪的测量值采用两两成对计算夹角并加权平均的处理方式，计算得到纵向夹角，可消除路面局部特征对检测车与路面的纵向夹角的测量误差的影响。

步骤S105：根据横滚角的标定值和每一测量点的横向夹角，修正每一测量点的第一横滚角，得到每一测量点的第二横滚角。

具体的，根据横滚角的标定值和每一测量点的横向夹角，采用第三方程修正每一测量点的第一横滚角，得到每一测量点的第二横滚角。

该第三方程为：

r₂＝r₁-r₀-a。

其中，r₂表示第二横滚角。r₁表示第一横滚角。r₀表示横滚角的标定值，a表示横向夹角。

通过对横滚角进行修正，可消除检测车倾斜造成的道路横坡的测量误差。

步骤S106：根据俯仰角的标定值和每一测量点的纵向夹角，修正每一测量点的第一俯仰角，得到每一测量点的第二俯仰角。

具体的，根据俯仰角的标定值和每一测量点的纵向夹角，采用第四方程修正每一测量点的第一俯仰角，得到每一测量点的第二俯仰角。

该第四方程为：

p₂＝p₁-p₀-b。

其中，p₂表示第二俯仰角。p₁表示第一俯仰角。p₀表示俯仰角的标定值。b表示纵向夹角。

通过对俯仰角进行修正，可消除检测车倾斜造成的道路纵坡的测量误差。

步骤S107：分别计算每一测量点的第二横滚角的正切值和第二俯仰角的正切值，得到每一测量点的道路的横坡坡度和纵坡坡度。

一般的，坡度数值以百分数表示。

综上，本发明一优选的实施例的道路坡度的测量方法，可消除路面局部特征对检测车与路面的夹角的测量误差的影响，且可消除检测车倾斜造成的道路横坡和纵坡的测量误差，从而提高道路坡度测量的准确性，且测量速度快。

本发明另一优选实施例还公开了一种道路坡度的测量方法。该另一优选实施例的测量方法仍然采用上述优选的实施例的检测车，在此不再赘述。该另一优选实施例的测量方法仍然采用上述实施例的方法得到每一测量点的道路的横坡坡度和纵坡坡度，在此不再赘。

当检测车偏离道路中心线时，应当删除相应的横坡坡度和纵坡坡度的无效值，这样剩下的横坡坡度和纵坡坡度才是最准确的反应道路坡度的数值。因此，本发明另一优选实施例的测量方法，可对上述实施例得到的横坡坡度和纵坡坡度进行筛选。具体的，如图2所示，该另一优选实施例的测量方法还包括如下的步骤：

步骤S201：当检测车在待检测道路上沿道路中心线行驶时，采集惯性测量仪测量得到的每一测量点的检测车的第一航向角。

该步骤可与前述的步骤S102同时进行。

步骤S202：采用移动平均法对第一航向角进行处理，得到与每一第一航向角对应的第二航向角。

具体的，该步骤通过如下的过程实现：

(1)以检测车前进的方向为正向，按照测量点的顺序将对应的第一航向角排序。

即最靠近起点的测量点对应的第一航向角的序号为1，沿着前进方向依次对第一航向角排序。

(2)采用移动平均窗口按照第一航向角的排序遍历第一航向角，通过第五方程计算，依次得到多个第二航向角，且将相同序号的第一航向角和第二航向角对应。

具体的，第五方程为：

其中，

表示序号为d的第二航向角。

s_H表示相邻两个测量点之间的距离，在本发明一具体的实施例中，s_H为0.05m。L_H表示移动平均窗口的长度，可根据经验设定，在本发明一具体的实施例中，移动平均窗口的长度为30m。H_c表示序号为c的测量点的第一航向角。

t表示移动平均窗口的长度内的第一航向角的参考数量。应当理解的是，若移动平均窗口的长度内的第一航向角的数量为偶数，则将偶数加1，作为移动平均窗口的长度内的第一航向角的参考数量。因此，移动平均窗口的长度内的第一航向角的参考数量只是奇数。T表示第一航向角的数量。

应当理解的是，计算得到的第二航向角的顺序即为第二航向角的排序。第二航向角的数量和第一航向角的数量相同，因此，每一第一航向角可以和每一第二航向角对应。

步骤S203：计算得到每一测量点的第一航向角和对应的第二航向角的差值的绝对值。

步骤S204：若一测量点的第一航向角和对应的第二航向角的差值的绝对值大于预设阈值，则删除该测量点的道路的横坡坡度和纵坡坡度。

预设阈值可根据经验设定。本发明实施例的预设阈值为10°。

当第一航向角和对应的第二航向角的差值的绝对值大于预设阈值，则表明检测车行驶到该第一航向角的测量点时，已经偏离车道中心线较多，这时测定的横坡坡度和纵坡坡度误差较大，应当删除相应的横坡坡度和纵坡坡度。

综上，本发明另一优选实施例的道路坡度的测量方法，除了可消除路面局部特征对检测车与路面的夹角的测量误差的影响，以及，可消除检测车倾斜造成的道路横坡和纵坡的测量误差以外，还可删除检测车偏离道路中心线时测量得到的横坡度和纵坡坡度，从而提高道路坡度测量的准确性，且测量速度快。

本发明实施例还公开了一种道路坡度的测量系统。该测量系统包括如下的模块：

检测车301，检测车上搭载有惯性测量仪、第一测距仪组和第二测距仪组，第一测距仪组包括至少两个沿检测车的宽度方向均匀间隔设置的第一测距仪，第二测距仪组包括至少两个沿检测车的长度方向均匀设置的第二测距仪，惯性测量仪的两个水平轴分别与检测车的长度方向和宽度方向平行，第一测距仪和第二测距仪发射的射线均平行于检测车的高度方向。

应当理解的是，检测车上搭载的测量仪器并不以此为限，可根据具体需求搭载其他测量仪器。

标定模块302，用于当检测车保持水平静止的状态时，对惯性测量仪进行标定，得到惯性测量仪测量的检测车的横滚角和俯仰角的标定值。

第一采集模块303，用于当检测车在待检测道路上沿道路中心线行驶时，采集惯性测量仪测量得到的每一测量点的检测车的第一横滚角和第一俯仰角，采集第一测距仪组测量得到的每一测量点的一组第一测量值，以及，采集第二测距仪组测量得到的每一测量点的一组第二测量值。

第一计算模块304，用于根据每一测量点的一组第一测量值，计算得到每一测量点的检测车与道路的路面之间的横向夹角。

第二计算模块305，用于根据每一测量点的一组第二测量值，计算得到每一测量点的检测车与道路的路面之间的纵向夹角。

第一修正模块306，用于根据横滚角的标定值和每一测量点的横向夹角，修正每一测量点的第一横滚角，得到每一测量点的第二横滚角。

第二修正模块307，用于根据俯仰角的标定值和每一测量点的纵向夹角，修正每一测量点的第一俯仰角，得到每一测量点的第二俯仰角。

第三计算模块308，用于分别计算每一测量点的第二横滚角的正切值和第二俯仰角的正切值，得到每一测量点的道路的横坡坡度和纵坡坡度。

优选的，该测量系统还包括：

第二采集模块，用于当检测车在待检测道路上沿道路中心线行驶时，采集惯性测量仪测量得到的每一测量点的检测车的第一航向角。

处理模块，用于采用移动平均法对第一航向角进行处理，得到与每一第一航向角对应的第二航向角。

第四计算模块，用于计算得到每一测量点的第一航向角和对应的第二航向角的差值的绝对值。

删除模块，用于若一测量点的第一航向角和对应的第二航向角的差值的绝对值大于预设阈值，则删除该测量点的道路的横坡坡度和纵坡坡度。

优选的，标定模块302包括：

第一采集子模块，用于当检测车在预设位置沿第一方向保持水平静止的状态时，采集惯性测量仪测量得到的预设时间内的多个测量时刻的检测车的第三横滚角和第三俯仰角。

第一计算子模块，用于计算得到多个测量时刻的第三横滚角的平均值和第三俯仰角的平均值。

第二采集子模块，用于当检测车在预设位置沿第二方向保持水平静止的状态时，采集惯性测量仪测量得到的预设时间内的多个测量时刻的检测车的第四横滚角和第四俯仰角。

其中，第一方向和第二方向之间的夹角为180°。

第二计算子模块，用于计算得到多个测量时刻的第四横滚角的平均值和第四俯仰角的平均值。

第三计算子模块，用于计算第三横滚角的平均值和第四横滚角的平均值的平均值，得到检测车的横滚角的标定值。

第四计算子模块，用于计算第三俯仰角的平均值和第四俯仰角的平均值的平均值，得到检测车的俯仰角的标定值。

优选的，第一计算模块304包括：

第一滤波子模块，用于对第一测距仪的第一测量值进行低通滤波。

其中，低通滤波的归一化截止频率为f_c＝3×s_L，s_L表示相邻两个测量点之间的距离值，且s_L的单位为m。

第一排序子模块，用于以检测车前进的方向为正向，按照从左到右的顺序，对每一第一测距仪进行排序。

第五计算子模块，用于采用第一方程计算每一测量点的横向夹角。

其中，第一方程为

a表示横向夹角，i，j表示任意两个第一测距仪的序号，且i<j，A表示第一测距仪的编号的集合，n表示第一测距仪的数量，L_n表示相邻两个第一测距仪之间的水平间距，x_i和x_j表示序号为i和j的第一测距仪的低通滤波后的第一测量值。

优选的，第二计算模块305包括：

第二滤波子模块，用于对第二测距仪的第二测量值进行低通滤波。

其中，低通滤波的归一化截止频率为f_c＝3×s_L，s_L表示相邻两个测量点之间的距离值，且s_L的单位为m。

第二排序子模块，用于以检测车前进的方向为正向，按照从前到后的顺序，对每一第二测距仪进行排序；

第六计算子模块，用于采用第二方程计算每一测量点的纵向夹角。

其中，第二方程为

b表示纵向夹角，e，k表示任意两个第二测距仪的序号，且e<k，B表示第二测距仪的编号的集合，m表示第二测距仪的数量，L_m表示相邻两个第二测距仪之间的水平间距，x_e和x_k表示序号为e和k的第二测距仪的低通滤波后的第二测量值。

优选的，第一修正模块306包括：

第一修正子模块，用于根据横滚角的标定值和每一测量点的横向夹角，采用第三方程修正每一测量点的第一横滚角，得到每一测量点的第二横滚角。

其中，第三方程为r₂＝r₁-r₀-a，r₂表示第二横滚角，r₁表示第一横滚角，r₀表示横滚角的标定值，a表示横向夹角。

优选的，第二修正模块307包括：

第二修正子模块，用于根据俯仰角的标定值和每一测量点的纵向夹角，采用第四方程修正每一测量点的第一俯仰角，得到每一测量点的第二俯仰角。

其中，第四方程为p₂＝p₁-p₀-b，p₂表示第二俯仰角，p₁表示第一俯仰角，p₀表示俯仰角的标定值，b表示纵向夹角。

优选的，处理模块包括：

第三排序子模块，用于以检测车前进的方向为正向，按照测量点的顺序将对应的第一航向角排序。

第七计算子模块，用于采用移动平均窗口按照第一航向角的排序遍历第一航向角，通过第五方程计算，依次得到多个第二航向角，且将相同序号的第一航向角和第二航向角对应。

其中，第五方程为：

表示序号为d的第二航向角，

s_H表示相邻两个测量点之间的距离，L_H表示移动平均窗口的长度，H_c表示序号为c的测量点的第一航向角，

t表示移动平均窗口的长度内的第一航向角的参考数量，若移动平均窗口的长度内的第一航向角的数量为偶数，则将偶数加1，作为移动平均窗口的长度内的第一航向角的参考数量，T表示第一航向角的数量。

对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

综上，本发明实施例的道路坡度的测量系统，可消除路面局部特征对检测车与路面的夹角的测量误差的影响，还可消除检测车倾斜造成的道路横坡和纵坡的测量误差，并可删除检测车偏离道路中心线时测量得到的横坡度和纵坡坡度，从而提高道路坡度测量的准确性，且测量速度快。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本发明实施例中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种道路坡度的测量方法，其特征在于，所述测量方法采用检测车，所述检测车上搭载有惯性测量仪、第一测距仪组和第二测距仪组，所述第一测距仪组包括至少两个沿所述检测车的宽度方向均匀间隔设置的第一测距仪，所述第二测距仪组包括至少两个沿所述检测车的长度方向均匀设置的第二测距仪，所述惯性测量仪的两个水平轴分别与所述检测车的长度方向和宽度方向平行，所述第一测距仪和所述第二测距仪发射的射线均平行于所述检测车的高度方向；

所述测量方法包括：

当所述检测车保持水平静止的状态时，对所述惯性测量仪进行标定，得到所述惯性测量仪测量的所述检测车的横滚角和俯仰角的标定值；

当所述检测车在待检测道路上沿道路中心线行驶时，采集所述惯性测量仪测量得到的每一测量点的所述检测车的第一横滚角和第一俯仰角，采集所述第一测距仪组测量得到的每一测量点的一组第一测量值，以及，采集所述第二测距仪组测量得到的每一测量点的一组第二测量值；

根据每一测量点的一组所述第一测量值，计算得到每一测量点的所述检测车与所述道路的路面之间的横向夹角；

根据每一测量点的一组所述第二测量值，计算得到每一测量点的所述检测车与所述道路的路面之间的纵向夹角；

根据所述横滚角的标定值和每一测量点的所述横向夹角，修正每一测量点的所述第一横滚角，得到每一测量点的第二横滚角；

根据所述俯仰角的标定值和每一测量点的所述纵向夹角，修正每一测量点的所述第一俯仰角，得到每一测量点的第二俯仰角；

分别计算每一测量点的所述第二横滚角的正切值和所述第二俯仰角的正切值，得到每一测量点的所述道路的横坡坡度和纵坡坡度。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，还包括：

当所述检测车在待检测道路上沿道路中心线行驶时，采集所述惯性测量仪测量得到的每一测量点的所述检测车的第一航向角；

采用移动平均法对所述第一航向角进行处理，得到与每一所述第一航向角对应的第二航向角；

计算得到每一测量点的所述第一航向角和对应的所述第二航向角的差值的绝对值；

若一测量点的所述第一航向角和对应的所述第二航向角的差值的绝对值大于预设阈值，则删除该测量点的所述道路的横坡坡度和纵坡坡度。

3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述得到所述惯性测量仪测量的所述检测车的横滚角和俯仰角的标定值的步骤，包括：

当所述检测车在预设位置沿第一方向保持水平静止的状态时，采集所述惯性测量仪测量得到的预设时间内的多个测量时刻的所述检测车的第三横滚角和第三俯仰角；

计算得到多个测量时刻的所述第三横滚角的平均值和所述第三俯仰角的平均值；

当所述检测车在预设位置沿第二方向保持水平静止的状态时，采集所述惯性测量仪测量得到的预设时间内的多个测量时刻的所述检测车的第四横滚角和第四俯仰角，其中，所述第一方向和所述第二方向之间的夹角为180°；

计算得到多个测量时刻的所述第四横滚角的平均值和所述第四俯仰角的平均值；

计算所述第三横滚角的平均值和所述第四横滚角的平均值的平均值，得到所述检测车的横滚角的标定值；

计算所述第三俯仰角的平均值和所述第四俯仰角的平均值的平均值，得到所述检测车的俯仰角的标定值。

4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述计算得到每一测量点的所述检测车与所述道路的路面之间的横向夹角的步骤，包括：

对所述第一测距仪的第一测量值进行低通滤波，其中，所述低通滤波的归一化截止频率为f_c＝3×s_L，s_L表示相邻两个测量点之间的距离值，且s_L的单位为m；

以所述检测车前进的方向为正向，按照从左到右的顺序，对每一所述第一测距仪进行排序；

采用第一方程计算每一测量点的所述横向夹角，其中，所述第一方程为

a表示所述横向夹角，i，j表示任意两个所述第一测距仪的序号，且i<j，A表示所述第一测距仪的编号的集合，n表示所述第一测距仪的数量，L_n表示相邻两个所述第一测距仪之间的水平间距，x_i和x_j表示序号为i和j的所述第一测距仪的低通滤波后的第一测量值。

5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述计算得到每一测量点的所述检测车与所述道路的路面之间的纵向夹角的步骤，包括：

对所述第二测距仪的第二测量值进行低通滤波，其中，所述低通滤波的归一化截止频率为f_c＝3×s_L，s_L表示相邻两个测量点之间的距离值，且s_L的单位为m；

以所述检测车前进的方向为正向，按照从前到后的顺序，对每一所述第二测距仪进行排序；

采用第二方程计算每一测量点的所述纵向夹角，其中，所述第二方程为

b表示所述纵向夹角，e，k表示任意两个所述第二测距仪的序号，且e<k，B表示所述第二测距仪的编号的集合，m表示所述第二测距仪的数量，L_m表示相邻两个所述第二测距仪之间的水平间距，x_e和x_k表示序号为e和k的所述第二测距仪的低通滤波后的第二测量值。

6.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述得到每一测量点的第二横滚角的步骤，包括：

根据所述横滚角的标定值和每一测量点的所述横向夹角，采用第三方程修正每一测量点的所述第一横滚角，得到每一测量点的第二横滚角；

其中，所述第三方程为r₂＝r₁-r₀-a，r₂表示所述第二横滚角，r₁表示所述第一横滚角，r₀表示所述横滚角的标定值，a表示所述横向夹角。

7.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述得到每一测量点的第二俯仰角的步骤，包括：

根据所述俯仰角的标定值和每一测量点的所述纵向夹角，采用第四方程修正每一测量点的所述第一俯仰角，得到每一测量点的第二俯仰角；

其中，所述第四方程为p₂＝p₁-p₀-b，p₂表示所述第二俯仰角，p₁表示所述第一俯仰角，p₀表示所述俯仰角的标定值，b表示所述纵向夹角。

8.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述得到与每一所述第一航向角对应的第二航向角的步骤，包括：

以所述检测车前进的方向为正向，按照所述测量点的顺序将对应的所述第一航向角排序；

采用移动平均窗口按照所述第一航向角的排序遍历第一航向角，通过第五方程计算，依次得到多个所述第二航向角，且将相同序号的所述第一航向角和所述第二航向角对应；

其中，所述第五方程为：

表示序号为d的第二航向角，

s_H表示相邻两个所述测量点之间的距离，L_H表示移动平均窗口的长度，H_c表示序号为c的测量点的第一航向角，

t表示移动平均窗口的长度内的第一航向角的参考数量，T表示第一航向角的数量。

9.根据权利要求8所述的测量方法，其特征在于：若所述移动平均窗口的长度内的第一航向角的数量为偶数，则将所述偶数加1，作为所述移动平均窗口的长度内的第一航向角的参考数量。

10.一种道路坡度的测量系统，其特征在于，包括：

检测车，所述检测车上搭载有惯性测量仪、第一测距仪组和第二测距仪组，所述第一测距仪组包括至少两个沿所述检测车的宽度方向均匀间隔设置的第一测距仪，所述第二测距仪组包括至少两个沿所述检测车的长度方向均匀设置的第二测距仪，所述惯性测量仪的两个水平轴分别与所述检测车的长度方向和宽度方向平行，所述第一测距仪和所述第二测距仪发射的射线均平行于所述检测车的高度方向；

标定模块，用于当所述检测车保持水平静止的状态时，对所述惯性测量仪进行标定，得到所述惯性测量仪测量的所述检测车的横滚角和俯仰角的标定值；

第一采集模块，用于当所述检测车在待检测道路上沿道路中心线行驶时，采集所述惯性测量仪测量得到的每一测量点的所述检测车的第一横滚角和第一俯仰角，采集所述第一测距仪组测量得到的每一测量点的一组第一测量值，以及，采集所述第二测距仪组测量得到的每一测量点的一组第二测量值；

第一计算模块，用于根据每一测量点的一组所述第一测量值，计算得到每一测量点的所述检测车与所述道路的路面之间的横向夹角；

第二计算模块，用于根据每一测量点的一组所述第二测量值，计算得到每一测量点的所述检测车与所述道路的路面之间的纵向夹角；

第一修正模块，用于根据所述横滚角的标定值和每一测量点的所述横向夹角，修正每一测量点的所述第一横滚角，得到每一测量点的第二横滚角；

第二修正模块，用于根据所述俯仰角的标定值和每一测量点的所述纵向夹角，修正每一测量点的所述第一俯仰角，得到每一测量点的第二俯仰角；

第三计算模块，用于分别计算每一测量点的所述第二横滚角的正切值和所述第二俯仰角的正切值，得到每一测量点的所述道路的横坡坡度和纵坡坡度。

Images