CN113358050B - 一种激光车辙仪的校准系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光车辙仪的校准系统，包括分别安装在车头和车尾的两个激光车辙仪，用于测量路面车辙深度；安装在车身上的陀螺仪传感器，用于检测车身的实时运动状态；车辙深度特征提取模块，分别于两个激光车辙仪通讯连接，用于提取两个激光车辙仪检测到的车辙深度特征；车辙深度特征分析模块，与车辙深度特征提取模块通讯连接，用于分析两个激光车辙仪的车辙深度特征，使用分析结果对车辙深度测量偏差进行预警；校准模块，分别与陀螺仪传感器、车辙深度特征分析模块和激光车辙仪通讯连接，用于对激光车辙仪进行校准。本发明能够改进现有技术的不足，实现激光车辙仪的在线自动校准。
Description
技术领域
本发明涉及激光车辙仪校准技术领域，尤其是一种激光车辙仪的校准系统及方法。
背景技术
激光车辙仪是用来检测路面车辙深度的装置，通过安装在检测车辆上进行动态测量。但是随着使用时间的增加，激光车辙仪会不可避免的出现误差变大的问题。现有技术中，通常是使用专用设备对激光车辙仪进行离线校准，这种方式虽然校准精度高，但是需要专用场地和时间，操作费时费力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种激光车辙仪的校准系统及方法，能够解决现有技术的不足，实现激光车辙仪的在线自动校准。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种激光车辙仪的校准系统，包括：
分别安装在车头和车尾的两个激光车辙仪，用于测量路面车辙深度；
安装在车身上的陀螺仪传感器，用于检测车身的实时运动状态；
车辙深度特征提取模块，分别于两个激光车辙仪通讯连接，用于提取两个激光车辙仪检测到的车辙深度特征；
车辙深度特征分析模块，与车辙深度特征提取模块通讯连接，用于分析两个激光车辙仪的车辙深度特征，使用分析结果对车辙深度测量偏差进行预警；
校准模块，分别与陀螺仪传感器、车辙深度特征分析模块和激光车辙仪通讯连接，用于对激光车辙仪进行校准。
一种上述的激光车辙仪的校准系统的校准方法，包括以下步骤：
A、安装有激光车辙仪的车辆在被测路面上行驶，两个激光车辙仪同时对路面上的车辙深度进行测量，并将测量结果发送至车辙深度特征提取模块；
B、车辙深度特征提取模块对两个激光车辙仪的测量数据进行特征提取，并将特征数据发送至车辙深度特征分析模块；
C、车辙深度特征分析模块分析两个激光车辙仪的车辙深度特征，使用分析结果对车辙深度测量偏差进行预警；
D、当车辙深度特征分析模块发出预警信息后，校准模块对激光车辙仪进行校准。
作为优选，步骤B中，对激光车辙仪的测量数据进行特征提取包括以下步骤，
B1、将测量数据形成车辙深度曲线；
B2、特征包括两类，第一类为车辙深度在1s的时间段内变化量超过100mm，第二类为车辙深度在至少5s的时间段内产生波动，且平均波动频率大于20Hz；
B3、在车辙深度曲线上标记出满足步骤2中所述特征条件的特征曲线段。
作为优选，步骤C中，对车辙深度特征进行分析预警包括以下步骤，
C1、根据实时车速和两个激光车辙仪的安装距离计算出两个激光车辙仪对于同一检测位置的检测时间差；
C2、将两个车辙深度曲线的时间轴之间的检测时间差消除，然后对比两个车辙深度曲线上的特征曲线段，选择类别一致且在两个车辙深度曲线上时间差小于0.5s的特征曲线段；
C3、若特征曲线段为第一类特征，则计算两个特征曲线段的线性度，若线性度低于90%，则发出预警；若特征曲线段为第二类特征，则判断两个特征曲线段的平均波动频率和平均波动范围，若两个特征曲线段的平均波动频率的偏差大于5%或两个特征曲线段的平均波动范围偏差大于10%，则发出预警。
作为优选，步骤D中，对激光车辙仪进行校准包括以下步骤，
D1、校准模块提取车辙深度特征分析模块发出预警时分析的特征曲线段和对应时间段的陀螺仪传感器检测数据；
D2、分别将特征曲线段和陀螺仪传感器检测数据进行傅里叶分解，选择与陀螺仪传感器检测数据线性相关度大的特征曲线段为参考曲线段，另一个特征曲线为非参考曲线段；
D3、对非参考曲线段对应的激光车辙仪的换算函数进行若干次重复校准，同时对参考曲线段对应的激光车辙仪的换算函数进行相同的校准，在保证参考曲线段与陀螺仪传感器检测数据线性相关度不降低的条件下，选择使非参考曲线段与陀螺仪传感器检测数据线性相关度最大的校准结果作为最终校准结果，将两个激光车辙仪的换算函数按照最终校准结果进行校准。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明使用双激光车辙仪进行同步测量，利用测量结果进行测量偏差预警，同时通过两个激光车辙仪的检测数据和车辆行驶状态数据进行比对和校准，无需使用其它离线数据，运算量低，实现了在线实时监测和快速校准。
附图说明
图1是本发明一个具体实施方式的结构图。
图中：1、激光车辙仪；2、陀螺仪传感器；3、车辙深度特征提取模块；4、车辙深度特征分析模块；5、校准模块。
具体实施方式
参照图1，本发明一个具体实施方式包括，
分别安装在车头和车尾的两个激光车辙仪1，用于测量路面车辙深度；
安装在车身上的陀螺仪传感器2，用于检测车身的实时运动状态；
车辙深度特征提取模块3，分别于两个激光车辙仪1通讯连接，用于提取两个激光车辙仪1检测到的车辙深度特征；
车辙深度特征分析模块4，与车辙深度特征提取模块3通讯连接，用于分析两个激光车辙仪1的车辙深度特征，使用分析结果对车辙深度测量偏差进行预警；
校准模块5，分别与陀螺仪传感器2、车辙深度特征分析模块4和激光车辙仪1通讯连接，用于对激光车辙仪1进行校准。
一种上述的激光车辙仪的校准系统的校准方法，包括以下步骤：
A、安装有激光车辙仪1的车辆在被测路面上行驶，两个激光车辙仪1同时对路面上的车辙深度进行测量，并将测量结果发送至车辙深度特征提取模块3；
B、车辙深度特征提取模块3对两个激光车辙仪1的测量数据进行特征提取，并将特征数据发送至车辙深度特征分析模块4；
C、车辙深度特征分析模块4分析两个激光车辙仪1的车辙深度特征，使用分析结果对车辙深度测量偏差进行预警；
D、当车辙深度特征分析模块4发出预警信息后，校准模块5对激光车辙仪1进行校准。
步骤B中，对激光车辙仪1的测量数据进行特征提取包括以下步骤，
B1、将测量数据形成车辙深度曲线；
B2、特征包括两类，第一类为车辙深度在1s的时间段内变化量超过100mm，第二类为车辙深度在至少5s的时间段内产生波动，且平均波动频率大于20Hz；
B3、在车辙深度曲线上标记出满足步骤2中所述特征条件的特征曲线段。
步骤C中，对车辙深度特征进行分析预警包括以下步骤，
C1、根据实时车速和两个激光车辙仪1的安装距离计算出两个激光车辙仪1对于同一检测位置的检测时间差；
C2、将两个车辙深度曲线的时间轴之间的检测时间差消除，然后对比两个车辙深度曲线上的特征曲线段，选择类别一致且在两个车辙深度曲线上时间差小于0.5s的特征曲线段；
C3、若特征曲线段为第一类特征，则计算两个特征曲线段的线性度，若线性度低于90%，则发出预警；若特征曲线段为第二类特征，则判断两个特征曲线段的平均波动频率和平均波动范围，若两个特征曲线段的平均波动频率的偏差大于5%或两个特征曲线段的平均波动范围偏差大于10%，则发出预警。
步骤D中，对激光车辙仪1进行校准包括以下步骤，
D1、校准模块5提取车辙深度特征分析模块4发出预警时分析的特征曲线段和对应时间段的陀螺仪传感器2检测数据；
D2、分别将特征曲线段和陀螺仪传感器2检测数据进行傅里叶分解，选择与陀螺仪传感器2检测数据线性相关度大的特征曲线段为参考曲线段，另一个特征曲线为非参考曲线段；
D3、对非参考曲线段对应的激光车辙仪1的换算函数进行若干次重复校准，同时对参考曲线段对应的激光车辙仪1的换算函数进行相同的校准，在保证参考曲线段与陀螺仪传感器2检测数据线性相关度不降低的条件下，选择使非参考曲线段与陀螺仪传感器2检测数据线性相关度最大的校准结果作为最终校准结果，将两个激光车辙仪1的换算函数按照最终校准结果进行校准。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种激光车辙仪的校准系统的校准方法，所述激光车辙仪的校准系统包括：
分别安装在车头和车尾的两个激光车辙仪（1），用于测量路面车辙深度；
安装在车身上的陀螺仪传感器（2），用于检测车身的实时运动状态；
车辙深度特征提取模块（3），分别于两个激光车辙仪（1）通讯连接，用于提取两个激光车辙仪（1）检测到的车辙深度特征；
车辙深度特征分析模块（4），与车辙深度特征提取模块（3）通讯连接，用于分析两个激光车辙仪（1）的车辙深度特征，使用分析结果对车辙深度测量偏差进行预警；
校准模块（5），分别与陀螺仪传感器（2）、车辙深度特征分析模块（4）和激光车辙仪（1）通讯连接，用于对激光车辙仪（1）进行校准；
其特征在于包括以下步骤：
A、安装有激光车辙仪（1）的车辆在被测路面上行驶，两个激光车辙仪（1）同时对路面上的车辙深度进行测量，并将测量结果发送至车辙深度特征提取模块（3）；
B、车辙深度特征提取模块（3）对两个激光车辙仪（1）的测量数据进行特征提取，并将特征数据发送至车辙深度特征分析模块（4）；对激光车辙仪（1）的测量数据进行特征提取包括以下步骤，
B1、将测量数据形成车辙深度曲线；
B2、特征包括两类，第一类为车辙深度在1s的时间段内变化量超过100mm，第二类为车辙深度在至少5s的时间段内产生波动，且平均波动频率大于20Hz；
B3、在车辙深度曲线上标记出满足步骤2中所述特征条件的特征曲线段；
C、车辙深度特征分析模块（4）分析两个激光车辙仪（1）的车辙深度特征，使用分析结果对车辙深度测量偏差进行预警；对车辙深度特征进行分析预警包括以下步骤，
C1、根据实时车速和两个激光车辙仪（1）的安装距离计算出两个激光车辙仪（1）对于同一检测位置的检测时间差；
C2、将两个车辙深度曲线的时间轴之间的检测时间差消除，然后对比两个车辙深度曲线上的特征曲线段，选择类别一致且在两个车辙深度曲线上时间差小于0.5s的特征曲线段；
C3、若特征曲线段为第一类特征，则计算两个特征曲线段的线性度，若线性度低于90%，则发出预警；若特征曲线段为第二类特征，则判断两个特征曲线段的平均波动频率和平均波动范围，若两个特征曲线段的平均波动频率的偏差大于5%或两个特征曲线段的平均波动范围偏差大于10%，则发出预警；
D、当车辙深度特征分析模块（4）发出预警信息后，校准模块（5）对激光车辙仪（1）进行校准。
2.根据权利要求1所述的激光车辙仪的校准系统的校准方法，其特征在于：步骤D中，对激光车辙仪（1）进行校准包括以下步骤，
D1、校准模块（5）提取车辙深度特征分析模块（4）发出预警时分析的特征曲线段和对应时间段的陀螺仪传感器（2）检测数据；
D2、分别将特征曲线段和陀螺仪传感器（2）检测数据进行傅里叶分解，选择与陀螺仪传感器（2）检测数据线性相关度大的特征曲线段为参考曲线段，另一个特征曲线为非参考曲线段；
D3、对非参考曲线段对应的激光车辙仪（1）的换算函数进行若干次重复校准，同时对参考曲线段对应的激光车辙仪（1）的换算函数进行相同的校准，在保证参考曲线段与陀螺仪传感器（2）检测数据线性相关度不降低的条件下，选择使非参考曲线段与陀螺仪传感器（2）检测数据线性相关度最大的校准结果作为最终校准结果，将两个激光车辙仪（1）的换算函数按照最终校准结果进行校准。
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