利用智能手机测试与评价路面平整度的方法研究

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1、分类号:U41610710-2015121185硕士学位论文利用智能手机测试与评价路面平整度的方法研究徐松导师姓名职称张洪亮教授申请学位类别硕士学科专业名称道路与铁道工程论文提交日期2018年4月12日论文答辩日期2018年5月13日学位授予单位长安大学StudyonMethodofMeasuringandEvaluatingPavementRoughnessbySmartphoneAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：XuSongSupervisor：Prof.ZhangHongliangChang’anUniversity,Xi

2、’an,China摘要路面平整度是路面使用性能的一个重要指标。良好的路面平整度不仅可以保证驾驶员与乘客的行驶质量，还能减少车辆轮胎的附加动荷载对车辆的冲击破坏以及对路面的损坏。目前平整度测试方法主要可分为断面类、反应类和主观评估类三种，其中，断面类测试方法往往具有准确性高的特点，但是其便捷性较差，比较耗时耗力；反应类测试方法的便捷性较好，但是它的测试指标并没有与路面的纵断面轮廓高程建立关系，同时也需要专门的测量设备；主观评估类需要耗费大量的人力，同时易受评分人员影响。因此，需要一种廉价、易于安装和操作的测试方法或设备，同时它的测试结果最好和路面的纵断面轮廓高程以及通用的平整度指标（国际

3、平整度指数IRI）相关。鉴于此，本文研究了一种利用智能手机测试与评价路面平整度的方法。首先，本文基于AndroidStudio2.0的程序开发环境，开发了可以安装在Android智能手机上的加速度采集客户端，开发时主要的程序设计语言是Java8。本次开发智能手机客户端的过程，主要分为源代码的编写和应用程序安装包的构建两部分，其中应用程序安装包的构建过程又包含源代码等文件的编译、转化、打包、签名和优化等步骤。其次，本文提出了加速度数据的预处理方法。该过程分为两步，首先通过最小二乘法来消除数据趋势项，然后通过小波阈值降噪方法将数据进行降噪。结果表明：经过数据趋势项的消除之后，加速度数据不再

4、偏离时间轴的基线；经过数据的降噪处理之后，既有效地消除了原有信号中的噪声，同时也能很好地保留原有信号中的有用信息，降噪的效果比较理想。接下来，本文提出了1/4实际车辆模型物理参数的识别方法。从振动方程的角度出发，基于复模态理论得出了振动方程中的物理参数与各阶模态参数之间的理论关系；从实验数据的角度出发，进行了车辆前轮跌落实验，并且基于最小二乘迭代的频域识别方法，求解出频响函数中的模态参数；利用前者推导出的物理参数和模态参数关系，以及求解出的模态参数，基于遗传算法反算出了1/4实际车辆模型振动方程中的5个物理参数。然后，本文基于理论法建立了加速度数据与国际平整度指数之间的关系。首先建立了

5、1/4实际车辆模型发生受迫振动响应时的动力学方程，根据传递矩阵法和前面已经识别到的实验车辆的1/4实际车辆模型物理参数，求得该车辆模型的变量传递矩阵和系数矩阵，从而建立了相邻时刻的状态变量以及纵断面轮廓高程数据之间的理论关系。以此I关系为基础，由智能手机采集到的竖向加速度数据可以反算出路面的纵断面轮廓高程数据。根据规定的标准车辆参数可以求得1/4标准车辆模型对应的变量传递矩阵和系数矩阵，然后结合计算得出的纵断面轮廓高程数据，最终求得IRI。最后，本文依托曲江附近区域进行了加速度数据采集的验证实验，依托西潼高速公路和西禹高速公路进行了IRI理论计算方法的验证实验。在加速度数据采集的验证实

6、验中，智能手机和3个单向加速度计同时采集了车辆振动的三向加速度数据，基于两者分别计算得到的总加权加速度均方根值，验证了智能手机客户端采集加速度数据的准确性。在IRI理论计算方法的验证实验中，将智能手机的IRI测定结果与陕西省高速公路建设集团公司的IRI测定结果进行对比，验证了本文基于智能手机竖向加速度数据的IRI理论计算方法的有效性和准确性。本文可以根据计算得到的总加权加速度均方根值，评价路面的行车舒适性；同时可以根据计算得到的IRI，评价路面行驶质量。这样，就实现了对路面平整度的评价。关键词：路面平整度，智能手机客户端，加速度，参数识别，国际平整度指数，加权加速度均方根值IIAbst

7、ractPavementroughnessisanimportantindexinpavementperformance.Anexcellentroadsurfacenotonlyguaranteestheridingqualityofthedriverandthepassengers,butalsoreducesthedamagetovehicleandpavementduetotiredynamicload.Themeasurementme