CN105066959A - 路面纵断面的高程信息获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种路面纵断面的高程信息获取方法，包括：获得车辆实时垂直振动加速度和粗高程信息，将垂直振动加速度信号二次积分为垂直位移信号，高程信息减去垂直位移信号得到精确的路面纵断面的高程信息；所述垂直位移信号通过加速度数值序列积分成位移数值序列的积分方法获得，该方法包括：对加速度数值序列进行去特异值、平滑滤波、低通滤波、去零点；采用匀加速直线运动的加速度计算速度的方法将加速度数值序列一次积分成速度数值序列并对积分结果通过最小二乘法拟合，去除趋势项；采用匀加速直线运动的速度计算位移的方法将速度数值序列一次积分成位移数值序列，并对积分结果通过最小二乘法拟合，去除趋势项。

Description

路面纵断面的高程信息获取方法

技术领域

本发明涉及加速度二次积分为位移的技术，特别是利用此类技术测量路面纵断面的高程信息。

背景技术

随着现代工业技术的飞速发展，在越来越多的领域对于振动位移信号的测量有着迫切的需求，如对设备运行时的动态振动特性的评价、地震工程研究、桥梁振动特性研究和汽车行驶舒适度的评价中，经常要用到振动位移信号的测量。

虽然在理论上已经有多种测量位移的设备和方法，但是在实际测量过程中，这些方法会遇到很多困难，比如由于结构上的空间限制造成很难找到合适的位置来安装位移传感器，即使结构内部有足够的空间进行位移传感器的布置，位移传感器测量得到的也只是安装位置和待测点之间的相对位移，在很多情况下，相对位移很难满足研究的需求，而研究真正需要的绝对位移信号难以准确测量。

相对而言，加速度的测量相比较为容易，一方面加速度的测量不需要相对于待测结构静止的安装位置，直接将加速度传感器与待测结构刚性连接即可；另一方面加速度传感器相对位移传感器、速度传感器而言其体积较小，不需要很大的布置空间；以上两点使得加速度测量在工程应用中的安装布置非常容易，因此在测量位移时，往往以测量加速度代替，并将加速度信号通过二次积分的方法转换为需要的位移。

发明内容

本发明的目的在于提供一种路面纵断面的高程信息获取方法，包括：获得车辆实时垂直振动加速度和粗高程信息，将垂直振动加速度信号二次积分为垂直位移信号，高程信息减去垂直位移信号得到精确的路面纵断面的高程信息；所述垂直位移信号通过加速度数值序列积分成位移数值序列的积分方法获得，该方法包括：对加速度数值序列进行去特异值、平滑滤波、低通滤波、去零点；采用匀加速直线运动的加速度计算速度的方法将加速度数值序列一次积分成速度数值序列并对积分结果通过最小二乘法拟合，去除趋势项；采用匀加速直线运动的速度计算位移的方法将速度数值序列一次积分成位移数值序列，并对积分结果通过最小二乘法拟合，去除趋势项。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：国际上使用公路平整度指标IRI来衡量路面平整度，目前国际上广泛使用车载式激光惯性平整度仪来检测公路平整度指标IRI。使用该方法测量路面平整度的关键在于加速度信号得到垂直振动信号。本发明的方法可以精确的获得垂直震动信号满足检测要求。

下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

具体实施方式

结合图1，一种路面纵断面的高程信息获取方法，包括以下步骤。

S101，获得车辆实时垂直振动加速度和粗高程信息。

S102，将垂直振动加速度信号二次积分为垂直位移信号，包括：

步骤S1021，对加速度数值序列进行去特异值、平滑滤波、低通滤波、去零点；

步骤S1022，采用匀加速直线运动的加速度计算速度的方法将加速度数值序列一次积分成速度数值序列并对积分结果通过最小二乘法拟合，去除趋势项；

步骤S1023，采用匀加速直线运动的速度计算位移的方法将速度数值序列一次积分成位移数值序列，并对积分结果通过最小二乘法拟合，去除趋势项。

S103，高程信息减去垂直位移信号得到精确的路面纵断面的高程信息。

步骤S1021中对加速度数值序列去特异值包括：

依次扫描加速度数值序列中的各个数值，当数值同时满足下述两种情况时，用该数值前后两个数值的均值来替换该数值：

(1)该数值在加速度量程-2g到+2g之外；

(2)该数值与前一个数值的变化量超过设定阈值0.2g的10倍。

步骤S1021中采用公式(1)对加速度数值序列平滑滤波

其中a_i为加速度数值序列中的第i个数值，i＝3,4,...,n-3,n-2，n为加速度数值序列中数值的数量。

步骤S1021中采用公式2对加速度数值序列去零点

其中a_i'为加速度数值序列中的第i’个数值，n为加速度数值序列中数值的数量。

步骤S1022的过程包括：

令初始速度v₀＝0；

采用公式(3)将加速度数值一次积分成速度数值，

v_i”＝v_i”-1*t+(a_i”-1+a_i”)/2*t(3)

其中，i”＝2,3,...,n-1,n；

采用公式(4)去除速度零点，

将速度数值序列通过最小二乘法拟合成三次曲线；

用速度数值减去三次曲线数值去除趋势项，得到一次积分后的速度数值序列。

步骤S1023的过程包括：

令初始位移s₀＝0；

采用公式(5)将速度数值序列一次积分成位移数值，

s_i”＝s_i”-1+v_i”-1*t+0.5*(a_i”-1+a_i”)/2*t*t；(5)

采用公式7去除速度零点，

将位移数值序列通过最小二乘法拟合成三次曲线；

用位移数值减去三次曲线数值去除趋势项，得到一次积分后的位移数值序列。

完成上述方法的装置包括车载式激光惯性平整度仪，该一起内设置激光位移传感器和加速度传感器。车载式激光惯性平整度仪是将测试仪安装在测量车上，在车辆行驶过程中测量出里程数据与路面纵断面的高程信息，而高程信息则是利用激光位移传感器测得。将测得里程信息与路面纵断面的高程信息输入电脑，经过对数据的分析处理，输出IRI值(国际平整度指数)。在计算高程信息时，如只用激光位移传感器来测量，则会由于车辆在行驶过程中的颠簸抖动造成高程信息的测量不准确。因此在测量高程信息时，往往使用激光位移传感器和加速度传感器相结合的方式进行测量，通过加速度传感器实时测量车辆的垂直振动加速度，然后将垂直加速度信号二次积分为垂直位移信号，最后将激光位移传感器检测出的高程信息减去由加速度传感器二次积分得到的垂直振动信号，最终得到更为精确的路面纵断面的高程信息，从而更加精确得计算出IRI值。

Claims (6)

1.一种路面纵断面的高程信息获取方法，包括

获得车辆实时垂直振动加速度和粗高程信息，

将垂直振动加速度信号二次积分为垂直位移信号，

高程信息减去垂直位移信号得到精确的路面纵断面的高程信息；

其特征在于，所述垂直位移信号通过加速度数值序列积分成位移数值序列的积分方法获得，该方法包括：

步骤1，对加速度数值序列进行去特异值、平滑滤波、低通滤波、去零点；

步骤2，采用匀加速直线运动的加速度计算速度的方法将加速度数值序列一次积分成速度数值序列并对积分结果通过最小二乘法拟合，去除趋势项；

步骤3，采用匀加速直线运动的速度计算位移的方法将速度数值序列一次积分成位移数值序列，并对积分结果通过最小二乘法拟合，去除趋势项。

2.根据权利要求1所述的路面纵断面的高程信息获取方法，其特征在于，步骤1中对加速度数值序列去特异值包括

依次扫描加速度数值序列中的各个数值，当数值同时满足下述两种情况时，用该数值前后两个数值的均值来替换该数值：

（1）该数值在加速度量程-2g到+2g之外；

（2）该数值与前一个数值的变化量超过设定阈值0.2g的10倍。

3.根据权利要求2所述的路面纵断面的高程信息获取方法，其特征在于，步骤1中采用公式（1）对加速度数值序列平滑滤波

$a_i=\underset{j=i-2}{\overset{i+2}{\Σ}}{a}_j/5---\left(1\right)$

其中a_i为加速度数值序列中的第i个数值，i＝3,4,...,n-3,n-2，n为加速度数值序列中数值的数量。

4.根据权利要求3所述的路面纵断面的高程信息获取方法，其特征在于，步骤1中采用公式2对加速度数值序列去零点

$a_{i^{\′}}=a_{i^{\′}}-(\underset{i^{\′}=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_{i^{\′}}/n)---\left(2\right)$

其中a_i'为加速度数值序列中的第i’个数值，n为加速度数值序列中数值的数量。

5.根据权利要求4所述的路面纵断面的高程信息获取方法，其特征在于，步骤2的具体过程为：

令初始速度v₀＝0；

采用公式（3）将加速度数值一次积分成速度数值，

v_i”＝v_i”-1*t+(a_i”-1+a_i”)/2*t（3）

其中，i”＝2,3,...,n-1,n；

采用公式（4）去除速度零点，

$v_{i^{\′}}=v_{i^{\′}}-(\underset{i^{\′}}{\overset{n}{\Σ}}{v}_{i^{\′}}/n);---\left(4\right)$

将速度数值序列通过最小二乘法拟合成三次曲线；

用速度数值减去三次曲线数值去除趋势项，得到一次积分后的速度数值序列。

6.根据权利要求5所述的路面纵断面的高程信息获取方法，其特征在于，步骤3的具体过程为：

令初始位移s₀＝0；

采用公式（5）将速度数值序列一次积分成位移数值，

s_i”＝s_i”-1+v_i”-1*t+0.5*(a_i”-1+a_i”)/2*t*t；（5）

采用公式7去除速度零点，

$s_{i^{\′}}=s_{i^{\′}}-(\underset{i^{\′}=1}{\overset{n}{\Σ}}{s}_{i^{\′}}/n);---\left(7\right)$

将位移数值序列通过最小二乘法拟合成三次曲线；

用位移数值减去三次曲线数值去除趋势项，得到一次积分后的位移数值序列。