基于卡尔曼滤波的路面平整度测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于卡尔曼滤波的路面平整度测量方法及装置，该方法通过采用路面平整度卡尔曼滤波系统，获取各采样点的路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值，并将各采样点的路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值减去各采样点的路面平整度测量装置的距离地面的距离，获取各采样点对应的路面平整值，进一步分析获取待测试路面的路面平整度，即通过采用路面平整度卡尔曼滤波系统获取路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值，以实现该振动位移的最优估计值最接近真实的振动位移，降低了路面平整度计算结果的误差，并提高了路面平整度计算结果的精度及鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
基于卡尔曼滤波的路面平整度测量方法及装置
本专利技术实施例涉及高速路面平整度测量技术，尤其涉及一种基于卡尔曼滤波的路面平整度测量方法及装置。
技术介绍
路面平整度(RoadSurfaceRoughness)指的是路表面纵向的凹凸量的偏差值。路面平整度是路面评价及路面施工验收中的一个重要指标，主要反映的是路面纵断面剖面曲线的平整性。当路面纵断面剖面曲线相对平滑时，则表示路面相对平整，或平整度相对好，反之则表示平整度相对差。好的路面则要求路面平整度也要好。目前，主要采用路面平整度测量装置来测量路面平整度，常见的路面平整度测量装置有纵剖面式检测仪、反应式检测仪和惯性式检测仪。其中，由于惯性式检测仪的测量结果较为准确而被广泛使用。现有技术中，将惯性式检测仪固定在汽车底盘，随着汽车一起运动，其中，该惯性式检测仪中包括加速度传感器和距离传感器，依靠加速度传感器测量惯性式检测仪的运动加速度，且依靠距离传感器测量路面到底盘的距离，之后由专门的计算设备根据加速度和路面到底盘的距离综合分析计算路面状况。但是，采用现有技术，在分析计算路面状况的过程中，尤其是在汽车速度变缓或者静止的情况下，会导致路面状况的计算结果误差较大，进而影响到路面平整度分析的结果。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种基于卡尔曼滤波的路面平整度测量方法及装置，以解决现有技术中路面平整度分析结果过程中路面状况计算结果误差较大的问题。本专利技术实施例第一方面提供一种基于卡尔曼滤波的路面平整度测量方法，包括：A、路面平整度测量装置在测试点测量所述路面平整度测量装置距离地面的距离以及所述路面平整度测量装置从起点运动到所述测试点之间的里程；B、所述路面平整度测量装置在所述里程中预设多个等间隔距离的采样点，将相邻所述两个采样点之间的所有测试点的所述路面平整度测量装置距离地面的距离进行求平均值处理，获取各采样点对应的所述路面平整度测量装置距离地面的距离；C、所述路面平整度测量装置采用路面平整度卡尔曼滤波系统，根据第k-1个采样点对应的所述路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值和第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置距离地面的距离来获取第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值；D、所述路面平整度测量装置将所述第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值减去所述第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置距离地面的距离，获取第k个采样点对应的路面平整值；E、所述路面平整度测量装置循环执行A～D，直到所述路面平整度测量装置在待测试路面的运动过程中依次测试完预设个数的采样点的路面平整值；F、所述路面平整度测量装置分析所述预设个数的采样点的路面平整值，获取待测试路面的路面平整度。本专利技术实施例第二方面提供一种基于卡尔曼滤波的路面平整度测量装置，包括：激光测距传感器、里程表传感器和处理器；其中，所述激光测距传感器，用于在测试点测量所述路面平整度测量装置距离地面的距离；所述里程表传感器，用于测量所述路面平整度测量装置从起点运动到测试点之间的里程；所述处理器，用于在所述里程中预设多个等间隔距离的采样点，将相邻两个所述采样点之间的所有测试点的所述路面平整度测量装置距离地面的距离进行求平均值处理，获取各所述采样点对应的所述路面平整度测量装置距离地面的距离；采用路面平整度卡尔曼滤波系统，根据第k-1个采样点对应的所述路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值和第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置距离地面的距离来获取第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值；将所述第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值减去所述第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置距离地面的距离，获取第k个采样点对应的路面平整值；在获取预设个数的采样点的平整值之后，分析预设个数的采样点的路面平整值，获取待测试路面的路面平整度。本专利技术提供的基于卡尔曼滤波的路面平整度测量方法及装置，通过采用路面平整度卡尔曼滤波系统，获取各采样点的路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值，并将各采样点的路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值减去各采样点的路面平整度测量装置的距离地面的距离，获取各采样点对应的路面平整值，进一步分析获取待测试路面的路面平整度，即通过采用路面平整度卡尔曼滤波系统获取路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值，以实现该振动位移的最优估计值最接近真实的振动位移，降低了路面平整度计算结果的误差，并提高了路面平整度计算结果的精度及鲁棒性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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为本专利技术提供的基于卡尔曼滤波的路面平整度测量方法实施例一的流程图；图2为本专利技术提供的基于卡尔曼滤波的路面平整度测量装置实施例一的结构示意图；图3为本专利技术提供的基于卡尔曼滤波的路面平整度测量装置实施例二的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术提供的基于卡尔曼滤波的路面平整度测量方法实施例一的流程图，该方法的执行主体可以为路面平整度测量装置，如：惯性式检测仪等，如图1所示，本实施例的方法可以包括：A、路面平整度测量装置在测试点测量该路面平整度测量装置距离地面的距离以及该路面平整度测量装置从起点运动到测试点之间的里程。具体的，路面平整度测量装置可以安装在汽车底盘上，可以通过路面平整度测量装置测量该路面平整度测量装置距离地面的距离和该路面平整度测量装置从起点运动到测试点之间的里程。B、该路面平整度测量装置在里程中预设多个等间隔距离的采样点，将相邻两个采样点之间的所有测试点的该路面平整度测量装置距离地面的距离进行求平均值处理，获取各采样点对应的该路面平整度测量装置距离地面的距离。具体的，该路面平整度测量装置的电路系统采样是根据时钟频率采样测试点，也就是等时间间隔采样，而在实际测量时，需要依据具体的位置来确定采样点，也就是等距离间隔采样，由于测试点的时钟采样频率远远高于距离采样频率，因此在两个依据距离间隔采样的采样点之间会对应的有多个依据时间间隔采样的测试点，将这些测试点的所测量的该路面平整度测量装置距离地面的距离做平均处理，可以达到减少冗余以及提高信噪比的作用，一般两个采样点间隔是20毫米。需要说明的是，采用将相邻两个采样点之间的所有测试点获取的该路面平整度测量装置的距离地面的距离分别进行求平均值处理，获取的是这两个相邻采样点中靠前的采样点对应的该路面平整度测量装置的距离地面的距离。C、该路面平整度测量装置采用路面平整度卡尔曼滤波系统，根据第k-1个采样点对应的该测量装置的振动位移的最优估计值和第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置距离地面的距离来获取第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于卡尔曼滤波的路面平整度测量方法，其特征在于，包括：A、路面平整度测量装置在测试点测量所述路面平整度测量装置距离地面的距离以及所述路面平整度测量装置从起点运动到所述测试点之间的里程；B、所述路面平整度测量装置在所述里程中预设多个等间隔距离的采样点，将相邻两个所述采样点之间的所有测试点的所述路面平整度测量装置距离地面的距离进行求平均值处理，获取各所述采样点对应的所述路面平整度测量装置距离地面的距离；C、所述路面平整度测量装置采用路面平整度卡尔曼滤波系统，根据第k‑1个采样点对应的所述路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值和第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置距离地面的距离来获取第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值；D、所述路面平整度测量装置将所述第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值减去所述第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置距离地面的距离，获取第k个采样点对应的路面平整值；E、所述路面平整度测量装置循环执行A～D，直到所述路面平整度测量装置在待测试路面的运动过程中依次测试完预设个数的采样点的路面平整值；F、所述路面平整度测量装置分析所述预设个数的采样点的路面平整值，获取待测试路面的路面平整度。...

【技术特征摘要】
1.一种基于卡尔曼滤波的路面平整度测量方法，其特征在于，包括：A、路面平整度测量装置在测试点测量所述路面平整度测量装置距离地面的距离以及所述路面平整度测量装置从起点运动到所述测试点之间的里程；B、所述路面平整度测量装置在所述里程中预设多个等间隔距离的采样点，将相邻两个所述采样点之间的所有测试点的所述路面平整度测量装置距离地面的距离进行求平均值处理，获取各所述采样点对应的所述路面平整度测量装置距离地面的距离；C、所述路面平整度测量装置采用路面平整度卡尔曼滤波系统，根据第k-1个采样点对应的所述路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值和第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置距离地面的距离来获取第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值；D、所述路面平整度测量装置将所述第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值减去所述第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置距离地面的距离，获取第k个采样点对应的路面平整值；E、所述路面平整度测量装置循环执行A～D，直到所述路面平整度测量装置在待测试路面的运动过程中依次测试完预设个数的采样点的路面平整值；F、所述路面平整度测量装置分析所述预设个数的采样点的路面平整值，获取待测试路面的路面平整度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述路面平整度测量装置的振动加速度未知，所述方法还包括：所述路面平整度测量装置在所述测试点测量所述路面平整度测量装置的振动加速度；所述路面平整度测量装置将相邻两个所述采样点之间的所有测试点的所述路面平整度测量装置的振动加速度分别进行求平均值处理，获取各所述采样点对应的所述路面平整度测量装置的振动加速度，并将所述路面平整度测量装置的振动加速度作为所述路面平整度卡尔曼滤波系统的过程噪声；相应地，所述路面平整度测量装置采用所述路面平整度卡尔曼滤波系统，根据第k-1个采样点对应的所述路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值和第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置距离地面的距离来获取第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值，包括：所述路面平整度测量装置采用公式和公式获取第k个采样点对应的所述路面平整度卡尔曼滤波系统的状态变量最优估计值然后将乘以Hk获取第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值，其中为根据第k-1个采样点对应的所述路面平整度卡尔曼滤波系统的状态变量获取的第k个采样点对应的所述路面平整度卡尔曼滤波系统的状态变量预测值，Fk为所述路面平整度卡尔曼滤波系统的状态模型矩阵，为第k-1个采样点对应的所述路面平整度卡尔曼滤波系统的状态变量最优估计值，Pk|k-1为根据第k-1个采样点对应的所述路面平整度卡尔曼滤波系统的协方差矩阵获取的第k个采样点对应的所述路面平整度卡尔曼滤波系统的协方差矩阵预测值，Pk-1|k-1为第k-1个采样点对应的所述路面平整度卡尔曼滤波系统的协方差矩阵，Qk为第k个采样点对应的所述路面平整度卡尔曼滤波系统的过程噪声的协方差矩阵，Hk＝[1000]。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述路面平整度测量装置采用公式和公式获取第k个采样点对应的所述路面平整度卡尔曼滤波系统的状态变量最优估计值包括：根据所述Pk|k-1，并采用公式获取第k个采样点对应的所述路面平整度卡尔曼滤波系统的误差协方差阵Sk；根据所述Sk，并采用公式获取第k个采样点对应的所述路面平整度卡尔曼滤波系统的卡尔曼滤波增益Kk；根据所述Kk和并采用公式获取第k个采样点对应的所述路面平整度卡尔曼滤波系统的状态变量最优估计值以及采用公式Pk|k＝(1-KkHk)Pk|k-1获取第k个采样点对应的所述路面平整度卡尔曼滤波系统的协方差矩阵Pk|k；其中，Rk为第k个采样点对应的所述路面平整度离卡尔曼滤波系统的观测误差协方差统计值，zk为第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置距离地面的距离，为第k个采样点对应的所述路面平整度卡尔曼滤波系统的观测误差。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述路面平整度测量装置的振动加速度已知，所述方法还包括：所述路面平整度测量装置在所述测试点测量所述路面平整度测量装置的振动加速度；所述路面平整度测量装置将相邻两个所述采样点之间的所有测试点的所述路面平整度测量装置的振动加速度分别进行求平均值处理，获取各所述采样点对应的所述路面平整度测量装置的振动加速度；相应地，所述路面平整度测量装置采用所述路面平整度卡尔曼滤波系统，根据第k-1个采样点对应的所述路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值和第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置距离地面的距离来获取第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值，包括：所述路面平整度测量装置采用公式和获取第k个采样点对应的所述路面平整度卡尔曼滤波系统的状态变量最优估计值然后将乘以Hk获取第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置的振动位移的最优估计值，其中为根据第k-1个采样点对应的所述路面平整度卡尔曼滤波系统的状态变量获取的第k个采样点对应的所述路面平整度卡尔曼滤波系统的状态变量预测值，Fk为所述路面平整度卡尔曼滤波系统的状态模型矩阵，为第k-1个采样点对应的所述路面平整度卡尔曼滤波系统的状态变量最优估计值，Gk是第k个采样点对应的所述路面平整度卡尔曼滤波系统的输入参数，ak为第k个采样点对应的所述路面平整度测量装置的振动加速度，ak-1第k-1个采样点对应的所述路面平整度测量装置的振动加速度，Pk|k-1为根据第k-1个采样点对应的所述路面平整度卡尔曼滤波系统的协方差矩阵获取的第k个采样点对应的所述路面平整度卡尔曼滤波系统的协方差矩阵预测值，Pk-1|k-1为第k-1个采样点对应的所述路面平整度卡尔曼滤波系统的协方差矩阵。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述路面平整度测量装置采用公式和获取第k个...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡毓，覃团发，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45