CN111275363B - 一种基于车辆振动数据的路网平整度评估系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于车辆振动数据的路网平整度评估系统及方法，包括车载终端：用于获取固定线路的车辆振动加速度、GPS定位数据，并将采集到的数据实时回传；云服务器：用于接收、解析和存储车载终端上传的数据，涉及路网平整度评估算法；可视化云平台：利用GIS展示路网平整度数据，并进行质量分析、报表统计与辅助决策等，同时负责将数据推送给其他系统平台；舒适度导航模块：利用路网平整度数据进行舒适度导航，获取两点之间最舒适路径。本发明利用车获取车辆振动反应数据，集采集、传输、解析、发布于一体，降低路网平整度检测成本，为养护管理部门提供辅助决策参考，同时数据可用于舒适路线导航，服务于公众。

Description

一种基于车辆振动数据的路网平整度评估系统及方法

技术领域

本发明涉及路面养护管理技术领域，尤其涉及一种基于车辆振动数据的路网平整度评估系统及方法。

背景技术

近年来道路发展逐步由道路建设为主转变为道路建设和养护并重发展。随着道路管养需求的日益增加，检测方法也迫切地要往精细智能化的方向进行改变。根据交通运输部《“十三五”公路养护管理发展规划》要求，结合道路管养未来建设目标，现有的路面健康检测方法已经难以满足大规模道路管养的迫切需求。

随着检测设备的不断更新换代和检测手段的不断改进，信息化时代下的公路检测工作向着快速、智能、轻量的方向转变。现有的轻量化检测设备较于传统的检测办法大大降低了道路巡检的时间成本和费用支出，然而面对大范围路网时，安排批量巡检车辆和工作人员展开工作的实际投入成本与管理成本较高，难以全面使用。且在数据采集方面现有的检测的频率和覆盖范围在短期内难以实现大数据集群，与理想状态的大数据、多源数据路况评估仍有一定差距，长此以往难以满足日渐增长的道路信息化管理，检测车的其他效用也仍有一定的提升空间。

“互联网+”的发展改变着传统产业结构，公路交通检测已逐渐由人工作业、机械作业转化为智能互联化作业。统一互联的道路服务质量管理平台可以有效提高数据共享效率，避免重复的劳务输出是未来道路检测行业的发展必然，如何将现有资源充分调用，摆脱以往养护模式受检测频率制约的情况是目前道路养护发展的关键。而实现路面健康检测的高度信息化、常态化以及全覆盖化，也可以为路面管养领域的病害检测带来变革与产业创新。

发明内容

为解决现有技术中传统平整度测量依赖专业设备、成本高、检测效率低的问题，本发明一种基于车辆振动数据的路网平整度评估系统及方法，集数据采集、传输、解析、发布于一体，利用车辆固定路线行驶的特点，将车辆作为数据采集载体，进一步降低了路面检测成本，增加了检测频率，为道路信息化管理提供了数据支撑，同时也能方便地为公众提供高频、准确的道路路面舒适度状况。

本发明提供一种基于车辆振动数据的路网平整度评估系统，其特殊之处在于，包括：

位于数据采集层的车载终端、位于传输层的无线传输模块、位于分析层的云服务器、位于展示层的可视化云平台、位于应用层的应用模块；

车载终端：用于获取车辆固定行驶线路的原始数据，并将获取的原始数据进行上传，所述原始数据包括振动数据、定位数据；

所述车载终端包括采集模块、定位模块、数据预处理模块、传输模块；采集模块用于获取车辆行驶过程的振动数据，定位模块用于实时获取表达车辆位置信息的定位数据，数据预处理模块用于对采集模块获取的振动数据按照时间单位进行初步压缩；传输模块用于将数据预处理模块压缩后的振动数据及定位模块获取的定位数据作为原始数据通过无线传输模块实时上传；

云服务器：用于对车载终端上传的原始数据进行初步处理得到清洗数据，之后再对清洗数据处理得到路网平整度数据；

可视化云平台包括数据GIS展示模块、路网平整度分析和辅助决策模块；

数据GIS展示模块利用GIS对云服务器上的路网平整度数据进行可视化展示，发现路网中的不平整路段信息；路网平整度分析和辅助决策模块将道路日常养护与路网平整度数据结合分析，实现对不平整路段的排查，精准定位异常路段，实现对道路的精细化管养；

应用模块包括舒适度导航模块、业务系统平台，所述舒适度导航模块将路网平整度数据转换为舒适度指数，通过舒适度指数对接地图导航服务，完成区域内两点之间最舒适路线导航，所述业务系统平台包括用于对道路管理的管养业务系统、用于对车辆管理的车辆管理系统。

进一步的，所述采集模块为485或232串口输出的三轴振动加速度传感器，采集频率大于等于200Hz，并使得三轴振动加速度传感器的y轴与车辆长度方向平行，z轴与车辆高度方向平行，采集模块安装在与车辆左右轮距离相等的位置；定位模块为北斗定位模块，定位精度在5m以内。

进一步的，所述云服务器包括数据接收清洗单元、平整度计算单元和数据库存储单元，其中：

数据接收清洗单元，用于对定位数据进行漂移校验、对振动数据解压后进行连续性和异常值校验，将定位数据中的异常值以及振动数据中的异常值作为异常数据进行清洗；

平整度计算单元，用于根据数据接收清洗单元处理后的振动数据和定位数据进行平整度计算，根据定位数据累加计算车辆行驶距离S，当行驶距离S≥m米时，m≥50，根据行驶距离S的起始时间截取对应的振动数据并采用标准差进行平整度计算，完成一次计算后重新累加S进行下一次计算；

数据库存储单元，用于将数据接收清洗单元清洗后的原始数据以及平整度计算单元计算得到的平整度进行存储。

进一步的，数据接收清洗单元对定位数据进行漂移校验：计算车辆行驶路段内相邻定位点的距离，当相邻定位点之间距离小于设定值，则认为定位数据正常，对定位数据进行保存；当距离大于等于设定值，则认为两个定位点中距离远的定位点漂移，相应定位点的定位数据作为异常数据进行舍弃；

数据接收清洗单元对振动数据进行连续性校验：校验每秒振动数据的振动数量是否大于等于设定值，若是，则振动数据正常；若否，则振动数据异常，将该秒内的振动数据作为异常数据舍弃；

数据接收清洗单元对振动数据进行异常性校验：计算每秒振动数据的数值大小的平均值n，将大于10n的振动数据作为异常数据剔除。

进一步的，平整度计算单元利用振动数据进行平整度的评估，对于S路段内的振动数据，利用公式计算Z轴方向振动数据的标准差：

，

其中，σ为振动数据的标准差，x是车辆在Z轴方向振动幅度的取值，μ是S路段内所有振动数据的平均值，1≤N，N取自然数；

利用公式得到路网平整度IRI：IRI=p*σ+q，

其中，p为车辆修正系数，q为常数，p、q的值通过对车辆进行标定得到。

进一步的，p、q值的标定通过选定平整度在1-7之间波动的标准路段，装载有车载终端的车辆在标准路段上匀速行驶，通过多次行驶调整p和q的值，使得测试中平整度计算值与真实值误差小于15%，选取不同行驶速度，分别得到对应速度下的p和q，在选取的行驶速度之间的其他速度对应的p和q采用线性内插得到。

进一步的，舒适度导航模块关于路网平整度数据转换为舒适度指数具体为：

利用公式将行驶距离S路段内的平整度数值转换为舒适度指数IRI：RQI=5-0.3*IRI，

将舒适度指数RQI的数值和所对应的路段S的起始位置与地图导航模块对接，地图导航模块在完成起始位置之间路径规划后提供多个导航路径，利用平均舒适度值的公式

得到每个导航路径的平均舒适度指数，其中，S为行驶距离，i为导航路径包含的s的个数，根据平均舒适度指数选择最舒适路径。

本发明还提供一种基于车辆振动数据的路网平整度评估方法，其特殊之处在于，通过获取固定线路上车辆的振动数据及定位数据，根据振动数据及定位数据获得路网平整度数据，将道路日常养护与路网平整度数据结合分析，实现对不平整路段的排查，精准定位异常路段、报表统计与辅助决策，同时负责将路网平整度数据推送给其他系统平台；利用路网平整度数据进行舒适度导航，获取两点之间最舒适路径，具体按照以下步骤进行：

步骤1、获取车辆的原始数据，并将获取的原始数据进行上传，所述原始数据包括振动数据、定位数据；

步骤2、测量车辆行驶过程的振动数据，利用北斗定位实时采集车辆位置信息获取定位数据，对获取的振动数据进行初步压缩；将压缩后的振动数据及定位数据实时上传至云服务器；

步骤3、云服务器接收来自步骤2的数据进行数据清洗，平整度计算及数据存储；

步骤31、数据清洗：对定位数据进行漂移校验、对振动数据解压后进行连续性和异常值校验，对定位数据中的异常值以及振动数据中的异常值作为异常数据进行清洗；

步骤32、对步骤31处理后的振动数据和定位数据进行平整度计算，根据定位数据累加计算车辆行驶距离S，当行驶距离S≥m米时，m≥50，根据行驶距离S的起始时间截取振动数据采用标准差进行平整度计算，完成一次计算后重新累加S进行下一次计算；

步骤33、对步骤31清洗后的原始数据及步骤32得到的路网平整度数据进行存储；

步骤4、根据云服务器上的路网平整度数据进行可视化展示，发现路网中的不平整路段信息；将道路日常养护与路网平整度数据结合分析，实现对不平整路段的排查，精准定位异常路段，实现对道路的精细化管养；

步骤5、将路网平整度数据转换为舒适度指数，通过舒适度指数对接地图导航服务，完成区域内两点之间最舒适路线导航。

进一步的，在步骤31中，对定位数据的漂移校验具体为：计算车辆行驶路段内定位点的距离，当相邻定位点之间距离小于设定值，则认为定位数据正常，对定位数据进行保存，当距离大于等于设定值，则认为两个定位点中距离远的定位点漂移，相应定位点的定位数据作为异常数据进行舍弃；

对振动数据进行连续性校验具体为：校验每秒振动数据的振动数量是否大于等于设定值，若是，则振动数据正常；若否，则振动数据异常，将该秒内的振动数据作为异常数据舍弃；

对振动数据进行异常性校验具体为：计算每秒振动数据的数值大小的平均值n，将大于10n的数据作为异常数据剔除；

在步骤32中，路网平整度数据的获取具体为：利用振动数据进行平整度的评估，对于S路段内的振动数据，利用公式计算Z轴方向振动数据的标准差，

；

其中，σ为振动数据的标准差，x是车辆在Z轴方向振动幅度的取值，μ是S路段内所有振动数据的平均值，1≤N，N取自然数；

利用公式得到路网平整度IRI：IRI=p*σ+q，

其中，p为车辆修正系数，q为常数，p、q的值通过对车辆进行标定得到，

p、q值的标定通过选定平整度在1-7之间波动的标准路段，装载有车载终端的车辆在标准路段上匀速行驶，通过多次行驶调整p和q的值，使得测试中平整度计算值与真实值误差小于15%，选取不同行驶速度，分别得到对应速度下的p和q，在选取的行驶速度之间的其他速度对应的p和q采用线性内插得到。

进一步的，路网平整度数据转换为舒适度指数具体过程为：

利用公式将行驶距离S路段内的平整度数值转换为舒适度指数IRI：RQI=5-0.3*IRI，将舒适度指数RQI的数值和所对应的路段S的起始位置与地图导航信息对接，地图导航信息在完成起始位置之间路径规划后提供多个导航路径，

利用平均舒适度值的公式

得到每个导航路径的平均舒适度指数，其中，S为行驶距离，i为导航路径包含的s的个数，根据平均舒适度指数选择最舒适路径。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

通过在车辆安装车载终端，采用轻量化的构架方式便捷获取车辆的振动数据及定位数据，并将采集到的数据实时回传，云服务器于接收、解析和存储车载终端上传的数据，进行路网平整度评估；在可视化云平台利用GIS展示路网平整度数据，并进行质量分析、报表统计与辅助决策等，同时负责将数据推送给其他系统平台；舒适度导航模块利用路网平整度数据进行舒适度导航，获取两点之间最舒适路径。本发明集数据采集、传输、解析、发布于一体；通过云计算等技术实现对路面平整度的快速、高频采集于评估，并通过云平台实时展示。本发明利用车辆作为采集载体，采取智能算法实现对路网平整度的评估，整个系统大大降低了检测成本。检测数据可实时通过平台进行可视化展示，为社会公众提供高频、准确的路面平整度数据，同时可推送至其他系统平台，为道路的信息化养护管理提供数据支撑。本发明提供的路网平整度评估系统，检测误差在15%以内，满足道路养护规定的精度需求，且检测效率高，车运营行驶时单车单日可实现超过200公里的数据采集。此外，本发明具有低成本、易安装的特点，通过车的运营路线可实现对路网的高频、广覆盖检测，有助于提高道路的精细化管理水平，节约社会资源，减小道路管养对交通的影响，为公众的舒适、安全出行提供保障。

附图说明

图1为本发明系统组成框架图一。

图2为本发明系统组成框架图二。

图3为本发明数据处理流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。实施例的部分最好举例某个路段，实际的路网平整度数据转换为舒适度指数过程。

本申请的车辆主要来自于客运车辆、出租车等，主要是为了统一采集数据，通过安装在车辆上的车载终端，对采集的数据进行分析，并进行实际的车辆管理工作中，实现涉及到的不同车辆管理部门利用采集数据进行协调管理。

本发明提供的路网平整度评估系统，包括位于数据采集层的车载终端；位于传输层的无线传输模块；位于分析层的云服务器，进行数据处理清洗，平整度计算以及设备运行状态监测；位于展示层的可视化云平台，利用可视化的图展示路面平整度健康状态，并进行质量分析和报表统计；位于应用层的应用模块，应用模块包括舒适度导航模块、业务系统平台，所述舒适度导航模块将路网平整度数据转换为舒适度指数，通过舒适度指数对接地图导航服务，完成区域内两点之间最舒适路线导航，所述业务系统平台包括用于对道路管理的管养业务系统、用于对车辆管理的车辆管理系统。

车载终端用于采集与传输，获取固定线路的车辆的振动数据和定位数据，并对采集到的数据进行预处理后上传至云服务器，车载终端包括采集模块、定位模块、数据预处理模块、传输模块；采集模块用于测量车辆行驶过程的三轴加速度，定位模块用于实时采集车辆位置信息，数据预处理模块用于对采集模块获取的振动数据进行初步压缩；传输模块用于将数据预处理模块压缩后的振动数据及定位模块获取的定位数据实时上传。

采集模块为485或232串口输出的三轴振动加速度传感器，采集频率大于等于200Hz，并使得三轴振动加速度传感器的y轴与车辆长度方向平行，z轴与车辆高度方向平行，采集模块安装在与车辆左右轮距离相等的位置，获取车辆固定位置的高频振动数据。

定位模块为北斗定位模块，定位精度在5m以内；数据预处理模块将采集模块每时间单位t内采集的振动数据压缩为文件包，存储在内存中，其中，时间单位t按秒来统计，1≤t≤60；文件名为：设备号+开始时间+结束时间，时间精确到秒。

传输模块作为传输层，将压缩为文件包的振动数据和北斗定位模块采集的定位数据通过无线网络进行实时上传至云服务器；无线网络为常规的3/4/5G网络。

云服务器用于对车载终端上传的原始数据进行初步处理得到清洗数据，之后再对清洗数据处理得到路网平整度数据；云服务器主要接收、解析和存储车载终端上传的数据，并涉及路网平整度的评估。

可视化云平台：利用GIS展示路网平整度数据，并进行质量分析、报表统计与辅助决策等，同时负责将数据推送给其他系统平台，对接现有业务系统以及对接舒适度导航服务，现有业务系统比如管养系统、车辆管理系统等；舒适度导航模块：利用路网平整度数据进行舒适度导航，获取两点之间最舒适路径。

实施例1

在本实施例中具体采用的各模块的参数及使用环境均为了描述本发明的技术方案，但本发明并不局限与此。

数据采集层的车载终端具有以下属性：防水等级：IP67，重量：≤2kg，工作温度：-40~85℃

车辆车载终端上的采集模块为三轴振动传感器，作为车载便携式数据采集器，测量车辆行驶过程的三轴加速度，并使y轴沿车辆行进方向，z轴竖向与车辆高度方向平行。三轴振动传感器的相关技术要求为：作为便携式数据采集器可测量三轴加速度，测量量程±5.0g（g为重力加速度，取值9.8m·s^-2）；加速度测量精度≤0.1g；加速度测量频率大于等于200Hz；采集模块安装位置要求与左右轮距离相等。

定位模块使用北斗定位模块，可实时采集车辆位置信息，对于定位模块采用GPS、北斗双模定位，具备惯性导航功能；数据采集频率可调整，为1Hz或5Hz；定位精度≤5米，将获取的GPS数据作为定位数据。

此外，数据采集层还对车载终端运行的状态进行采集，包括内存占有率、CPU占有率和温度等信息。

云服务器所在的分析层进行云计算，主要是数据校验与清洗、平整度计算、设备运行健康分析，安装在云服务器上的程序定时扫描，当发现有新数据上传后自动进行数据校验与清洗工作。

数据校验与清洗：根据定位数据的经纬度数据，从第一个定位点开始，计算第二个定位点的距离，当两点距离小于50m，则认为定位数据正常，保存定位数据，当两点距离大于等于50m，则认为第二个点漂移，进行舍弃；振动数据连续性校验，每秒振动数据大于等于200条，则振动数据正常；小于200条则振动数据异常，舍弃该秒内的振动数据；振动数据的异常性校验，根据每秒振动数据的数值大小，计算每秒振动数值大小的平均值n，将大于10n的振动数据剔除。

平整度计算：系统充分发挥车辆固定路径高频往返行驶的特点，平整度数据采用多次测量取平均确定，例如按照一辆车一天两次往返，则一周可以测量14次平整度，去除异常数据，至少可以得到10次有效测量，取平均值后代表该路径本周的平整度数据。传统测量频率为一年一次，难以发现重载交通、恶劣天气等因素影响下造成平整度突变的情况。

具体平整度计算如下：

利用振动数据进行平整度评估，对于S路段内的振动数据，利用公式

，计算Z轴方向数据的标准差，其中，σ为振动数据的标准差，x是车辆在Z轴方向振动幅度的取值，μ是S路段内所有振动数据的平均值，1≤N≤100，N为自然数。

利用公式p*σ+q得到IRI，标准差的值乘以车辆修正系数p，再加上常数q，即IRI为平整度评估值，具体p、q的值需要对车辆进行标定得到。

对于某路段，该段时期平整度测量需要取同一车辆10次以上振动数据计算得到的平整度平均值，即多次平整度结果的平均为该路段一次平整度测量。

数据库存储单元进行数据存储是按照字段进行，包括设备信息、时间、开始经纬度、结束经纬度、平整度数值、路段长度S以及其他在数据库存储中常规需要的字段。

分析层还配置有设备运行健康分析单元，根据设备的运行内存、CPU占有率以及温度等信息，判断设备是否正常运行。如果内存、cpu占有率超过60%，温度高于80℃，任何一项条件满足则判断为有异常，自动报警。分析层还支持车载终端内软件算法的远程升级。

展示层通过可视化云平台实现，包括GIS展示模块、路网平整度分析和辅助决策模块。

GIS展示模块将所得到到平整度数值在地图上进行撒点，每个平整度数值都对应路段的起始定位数据，选取路段开始经纬度或者结束经纬度作为平整度撒点位置。根据平整度数值大小显示不同颜色的气泡；点击气泡可以查询具体数值和工程位置；平整度显示可以按时间、区域筛选。

路网平整度分析可以对路面的质量分析，针对平整度数值进行时空分析，具体包括：同一路段不同时期的平整度分析；同一时期不同区域内的平整度分析；平整度长期偏低路段报警。

辅助决策模块可以进行报表统计，对平整度的优良中次进行统计，对检测里程进行统计，对车和设备进行跟踪统计。

作为应用层，比如舒适度导航模块对接现有开源地图的导航服务，提供平整度数值，类似交通拥堵指数的导航方式。

首先将S路段内的平整度数值IRI转换为舒适度RQI，公式为RQI=5-0.3*IRI；再将舒适度指数的数值和所对应的路段的起始位置与地图导航模块对接，地图导航在完成两点之间路径规划后，计算导航路径上的平均舒适度值，导航平均舒适度值

，由此得到各导航路径的平均舒适度指数，支持选择最舒适路径。

作为应用层的其他业务系统平台，包括管养业务系统、车辆管理系统，通过与本发明的路网平整度系统进行对接，将平整度数据推送给现有管养业务系统，辅助判断道路异常颠簸位置，精细化跟踪平整度变化情况以便科学决策。将平整度数据推送给现有车辆管理系统，根据异常颠簸位置提醒驾驶员降低车速，注意安全。

本发明充分利用车固定路径高频往返的特点，将其作为数据采集平台，研发智能算法和硬件，实现路网平整度的高频、全覆盖检测，大大降低养护管理信息采集的成本，为公众提供舒适度导航服务。

本发明创新性利用车作为平整度振动数据采集载体，发挥其固定路径高频往返行驶的特点，可以对固定路段实现平整度指数的高频检测，助力精细化管养。

本发明设计了基于车辆振动大数据的路网平整度评估方法，包括单次平整度数据的处理和分析，以及最终平整度指数的均值计算。

本发明的应用层创新性提出舒适度导航服务，将道路的养护数据服务于公众出行，提高出行服务水平。

本发明建立交通背景下不同部门的数据有效合作，原始数据采集依靠运输部门的车辆，数据分析依靠公路管理部门，促进科学管理。

具体的评估过程，设定车辆沿着路径A往返行驶，每天往返两次，在车辆上安装一台车载终端，对该车辆进行数据采集。车载终端安装在车辆的中轴面位置，确保车载终端到车辆左右轮的距离相等，完成相关配置，保证车启动时候设备可以自动开启运行并将GPS、振动数据通过无线网络实时回传至云服务器，系统配置完成后开始数据采集与评估，以一周数据为例进行说明。

首先，在本周的周一车辆出车后，车载终端采集振动数据、GPS数据并实时回传，服务器得到振动数据和GPS数据后实时解析，之后按照下面步骤进行。

第一步，完成数据清洗，剔除振动数据和GPS数据中的异常数据；

第二步，根据公式计算平整度值，每50m为一段S；

第三步，云服务器关注设备的运转状态，确保系统正常运行。

车辆每次出行在路径A上都遵循以上计算模式。

之后本周的周二至周日均重复周一的状态，完成一周的测试工作，得到A路径上往返14次的平整度数值。计算14次平整度数值的平均值，得到A路径本周内的平整度，并根据公式转换为舒适度，至此，分析步骤完成。

然后，平整度和路径A的信息上传至云平台进行可视化展示，根据相关规范标准划分为优良中次，采用不同颜色展示，具体配色根据使用方需求，根据可视化的展示，使用方可以清楚的看到路径A往返行驶中哪些路段比较颠簸，平整度差；整体路段的平整度水平，平整度的优良率等。

最后，在应用方面将平整度的数据推送给养护部门，养护部门参考采集的平整度数据，可及时发现路网中的不平整路段信息；同时将同一路段不同时期的平整度进行数据比对，可以快速判断该路段在某一时段内的健康状况及变化趋势；将道路日常养护与平整度数据结合分析，针对性地对异常颠簸路段进行排查，精准定位异常路面，对异常路段合理地进行养护计划制定和资金分配，进一步实现对道路的精细化管养。

比如养护部门发现某路段平整度已经处于不合格，甚至会影响行车安全，则紧急指派维修工人去现场进行修复；同时，养护部门发现某路段前几周平整度一直较好，本周平整度水平急剧下降，紧急指派维修工人去现场调研清楚原因，并进行及时处理，避免平整度水平的进一步下降。

此外，在应用方面，比如养护部门计划对路网进行统一平整度整治维修，发现路径A在路网中整体排名靠前，此次统一维修不再考虑。

推送给车辆管理部门，车辆管理方发现路径A中有几个路段平整度尤其差，故在车辆管理终端中设置了提醒，行驶到该路段自动提醒司机注意驾驶安全。车辆管理者根据采集的路网平整度信息可直观地看到各采集车辆在各路段的数据，将同一路段不同车辆采集的数据情况进行对比，分析相近时间段内的多组数据，可以判断出因驾驶员的行车习惯造成的平整度采集数据异常，分析表现异常的数据并进行超速、急刹车等行车状态的判断，可用于提醒驾驶员的不良行车习惯，有利于车辆的平稳驾驶，提高公众出行品质。

在应用方面还有推送给导航服务机构，某次用户导航路径中提供了路径A和路径B，根据提供的数据计算得到路径A的舒适度要比路径B的舒适度更好，用户根据该信息选取了路径A。

对于平整度的计算，还可通过多台车载终端单次运行的方式获取，假设有10台车载终端，现安装在10辆车上做数据采集。首先将10台设备分别安装在各个车辆的相同位置，完成相关配置，保证车辆启动时候设备可以自动开启运行并将GPS、振动数据通过无线网络实时回传至云服务器；实际车辆运行时，车载终端将采集到的数据打包压缩上传，云服务器在接受到数据后进行解压缩，并进行GPS、振动数据的清洗工作，最后计算平整度数值，每次车辆行驶均会产生该路径的平整度数值，最后将连续N（N≥10）次的平整度数值取平均作为该路段的平整度数值；云平台接受到平整度数值以及其所代表路段的起始经纬度，进行相关可视化展示。

在舒适度导航模块中，平台会将平整度数值转化为舒适度数值，并将数据推送给第三方导航服务，数据包括舒适度数值及其所代表路段的起始经纬度；导航服务在每次规划导航路径后都会根据舒适度值计算该路径的平均舒适度，用户可以自由选择更舒适的路径。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种基于车辆振动数据的路网平整度评估系统，其特征在于，包括位于数据采集层的车载终端、位于传输层的无线传输模块、位于分析层的云服务器、位于展示层的可视化云平台、位于应用层的应用模块；

车载终端：用于获取车辆固定行驶线路的原始数据，并将获取的原始数据进行上传，所述原始数据包括振动数据、定位数据；

所述车载终端包括采集模块、定位模块、数据预处理模块、传输模块；采集模块用于获取车辆行驶过程的振动数据，定位模块用于实时获取表达车辆位置信息的定位数据，数据预处理模块用于对采集模块获取的振动数据按照时间单位进行初步压缩；传输模块用于将数据预处理模块压缩后的振动数据及定位模块获取的定位数据作为原始数据通过无线传输模块实时上传；

云服务器：用于对车载终端上传的原始数据进行初步处理得到清洗数据，之后再对清洗数据处理得到路网平整度数据；

可视化云平台包括数据GIS展示模块、路网平整度分析和辅助决策模块；

数据GIS展示模块利用GIS对云服务器上的路网平整度数据进行可视化展示，发现路网中的不平整路段信息；路网平整度分析和辅助决策模块将道路日常养护与路网平整度数据结合分析，实现对不平整路段的排查，精准定位异常路段，实现对道路的精细化管养；

应用模块包括舒适度导航模块、业务系统平台，所述舒适度导航模块将路网平整度数据转换为舒适度指数，通过舒适度指数对接地图导航服务，完成区域内两点之间最舒适路线导航，所述业务系统平台包括用于对道路管理的管养业务系统、用于对车辆管理的车辆管理系统。

2.如权利要求1所述的一种基于车辆振动数据的路网平整度评估系统，其特征在于，所述采集模块为485或232串口输出的三轴振动加速度传感器，采集频率大于等于200Hz，并使得三轴振动加速度传感器的y轴与车辆长度方向平行，z轴与车辆高度方向平行，采集模块安装在与车辆左右轮距离相等的位置；定位模块为北斗定位模块，定位精度在5m以内。

3.如权利要求1所述的一种基于车辆振动数据的路网平整度评估系统，其特征在于，所述云服务器包括数据接收清洗单元、平整度计算单元和数据库存储单元，其中：

数据接收清洗单元，用于对定位数据进行漂移校验、对振动数据解压后进行连续性和异常值校验，将定位数据中的异常值以及振动数据中的异常值作为异常数据进行清洗；

平整度计算单元，用于根据数据接收清洗单元处理后的振动数据和定位数据进行平整度计算，根据定位数据累加计算车辆行驶距离S，当行驶距离S≥m米时，m≥50，根据行驶距离S的起始时间截取对应的振动数据并采用标准差进行平整度计算，完成一次计算后重新累加S进行下一次计算；

数据库存储单元，用于将数据接收清洗单元清洗后的原始数据以及平整度计算单元计算得到的平整度进行存储。

4.如权利要求3所述的一种基于车辆振动数据的路网平整度评估系统，其特征在于，

数据接收清洗单元对定位数据进行漂移校验：计算车辆行驶路段内相邻定位点的距离，当相邻定位点之间距离小于设定值，则认为定位数据正常，对定位数据进行保存；当距离大于等于设定值，则认为两个定位点中距离远的定位点漂移，相应定位点的定位数据作为异常数据进行舍弃；

数据接收清洗单元对振动数据进行连续性校验：校验每秒振动数据的振动数量是否大于等于设定值，若是，则振动数据正常；若否，则振动数据异常，将该秒内的振动数据作为异常数据舍弃；

数据接收清洗单元对振动数据进行异常性校验：计算每秒振动数据的数值大小的平均值n，将大于10n的振动数据作为异常数据剔除。

5.如权利要求3所述的一种基于车辆振动数据的路网平整度评估系统，其特征在于，平整度计算单元利用振动数据进行平整度的评估，对于S路段内的振动数据，利用公式计算Z轴方向振动数据的标准差：

，

其中，σ为振动数据的标准差，x是车辆在Z轴方向振动幅度的取值，μ是S路段内所有振动数据的平均值，1≤N，N取自然数；

利用公式得到路网平整度IRI：IRI=p*σ+q，

其中，p为车辆修正系数，q为常数，p、q的值通过对车辆进行标定得到。

6.如权利要求5所述的一种基于车辆振动数据的路网平整度评估系统，其特征在于，p、q值的标定通过选定平整度在1-7之间波动的标准路段，装载有车载终端的车辆在标准路段上匀速行驶，通过多次行驶调整p和q的值，使得测试中平整度计算值与真实值误差小于15%，选取不同行驶速度，分别得到对应速度下的p和q，在选取的行驶速度之间的其他速度对应的p和q采用线性内插得到。

7.如权利要求1所述的一种基于车辆振动数据的路网平整度评估系统，其特征在于，舒适度导航模块关于路网平整度数据转换为舒适度指数具体为：

利用公式将行驶距离S路段内的平整度数值转换为舒适度指数IRI：RQI=5-0.3*IRI，

将舒适度指数RQI的数值和所对应的路段S的起始位置与地图导航模块对接，地图导航模块在完成起始位置之间路径规划后提供多个导航路径，利用平均舒适度值的公式

得到每个导航路径的平均舒适度指数，其中，S为行驶距离，i为导航路径包含的s的个数，根据平均舒适度指数选择最舒适路径。

8.一种基于车辆振动数据的路网平整度评估方法，其特征在于，通过获取固定线路上车辆的振动数据及定位数据，根据振动数据及定位数据获得路网平整度数据，将道路日常养护与路网平整度数据结合分析，实现对不平整路段的排查，精准定位异常路段、报表统计与辅助决策，同时负责将路网平整度数据推送给其他系统平台；利用路网平整度数据进行舒适度导航，获取两点之间最舒适路径，具体按照以下步骤进行：

步骤1、获取车辆的原始数据，并将获取的原始数据进行上传，所述原始数据包括振动数据、定位数据；

步骤2、测量车辆行驶过程的振动数据，利用北斗定位实时采集车辆位置信息获取定位数据，对获取的振动数据进行初步压缩；将压缩后的振动数据及定位数据实时上传至云服务器；

步骤3、云服务器接收来自步骤2的数据进行数据清洗，平整度计算及数据存储；

步骤31、数据清洗：对定位数据进行漂移校验、对振动数据解压后进行连续性和异常值校验，对定位数据中的异常值以及振动数据中的异常值作为异常数据进行清洗；

步骤32、对步骤31处理后的振动数据和定位数据进行平整度计算，根据定位数据累加计算车辆行驶距离S，当行驶距离S≥m米时，m≥50，根据行驶距离S的起始时间截取振动数据采用标准差进行平整度计算，完成一次计算后重新累加S进行下一次计算；

步骤33、对步骤31清洗后的原始数据及步骤32得到的路网平整度数据进行存储；

步骤4、根据云服务器上的路网平整度数据进行可视化展示，发现路网中的不平整路段信息；将道路日常养护与路网平整度数据结合分析，实现对不平整路段的排查，精准定位异常路段，实现对道路的精细化管养；

步骤5、将路网平整度数据转换为舒适度指数，通过舒适度指数对接地图导航服务，完成区域内两点之间最舒适路线导航。

9.如权利要求8所述的一种基于车辆振动数据的路网平整度评估方法，其特征在于，

在步骤31中，对定位数据的漂移校验具体为：计算车辆行驶路段内定位点的距离，当相邻定位点之间距离小于设定值，则认为定位数据正常，对定位数据进行保存，当距离大于等于设定值，则认为两个定位点中距离远的定位点漂移，相应定位点的定位数据作为异常数据进行舍弃；

对振动数据进行连续性校验具体为：校验每秒振动数据的振动数量是否大于等于设定值，若是，则振动数据正常；若否，则振动数据异常，将该秒内的振动数据作为异常数据舍弃；

对振动数据进行异常性校验具体为：计算每秒振动数据的数值大小的平均值n，将大于10n的数据作为异常数据剔除；

在步骤32中，路网平整度数据的获取具体为：利用振动数据进行平整度的评估，对于S路段内的振动数据，利用公式

计算Z轴方向振动数据的标准差，其中，σ为振动数据的标准差，x是车辆在Z轴方向振动幅度的取值，μ是S路段内所有振动数据的平均值，1≤N，N取自然数；

利用公式得到路网平整度IRI：IRI=p*σ+q，

其中，p为车辆修正系数，q为常数，p、q的值通过对车辆进行标定得到，

p、q值的标定通过选定平整度在1-7之间波动的标准路段，装载有车载终端的车辆在标准路段上匀速行驶，通过多次行驶调整p和q的值，使得测试中平整度计算值与真实值误差小于15%，选取不同行驶速度，分别得到对应速度下的p和q，在选取的行驶速度之间的其他速度对应的p和q采用线性内插得到。

10.如权利要求8所述的一种基于车辆振动数据的路网平整度评估方法，其特征在于，路网平整度数据转换为舒适度指数具体过程为：

利用公式将行驶距离S路段内的平整度数值转换为舒适度指数IRI：RQI=5-0.3*IRI，将舒适度指数RQI的数值和所对应的路段S的起始位置与地图导航信息对接，地图导航信息在完成起始位置之间路径规划后提供多个导航路径，

利用平均舒适度值的公式

得到每个导航路径的平均舒适度指数，其中，S为行驶距离，i为导航路径包含的s的个数，根据平均舒适度指数选择最舒适路径。

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