[发明专利]一种基于智能手机测试路面平整度的方法

权利要求书

1.一种基于智能手机测试路面平整度的方法，其特征在于，所述智能手机内置设备包括三轴加速度传感器、陀螺仪、磁感应器、方位传感器、GPS感知设备，数据采集设备，具体方法如下：

步骤(1)加速度数据采集：利用数据采集设备记录车辆运动行为的加速度数据，所述加速度数据为数字离散采样信号，数值分X、Y、Z三个轴；

步骤(2)加速度数据校准：利用三轴加速度数据与磁感应数据计算旋转矩阵R，旋转矩阵R将所述三轴加速度数据从智能手机标准坐标系转换到世界坐标系中；

步骤(3)加速度数据平滑去噪；采用滑动平均滤波方法对数据进行平滑滤波处理，滑动平均滤波方法通过递归算法实现；所述滑动平均滤波方法具体为：

对于给定时间响应序列：

x⁽⁰⁾＝[x⁽⁰⁾(1),x⁽⁰⁾(2),,…x⁽⁰⁾(n)] (8)

其中，n为数据个数；

进行滑动平均处理，对于端点数据用下式进行处理：

对中间各点数据，用下式进行处理：

步骤(4)时空坐标转换算法：将位移量从空间域转化到时间域；

步骤(5)建立BP神经网络计算模型；BP神经网络模型选用三层神经网络，输入层节点数的维数确定为2，输出层节点数的维数确定为1，样本数据输入向量为加速度和车速，输出向量为国际平整度指数IRI。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中智能手机标准坐标系为：Y轴与智能手机当前位置的地面相切，并指向正北方向；Z轴方向指向天空并垂直于地面；X轴垂直于Y-Z平面且指向正东方向。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的校准公式为

g_gv(x′，y′，z′)＝g_gv(x，y，z)R

其中g_dv(x,y,z)为某一时刻采集的智能手机三轴加速度，g_gv(x′,y′,z′)为通过旋转矩阵R转换到世界坐标系的三轴加速度，R为旋转矩阵。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，X、Y、Z三个方向的旋转矩阵分别为Rot(θ_x)、Rot(θ_y)、Rot(θ_z)，智能手机绕X轴旋转的角度称为俯仰角，记为θ_y；绕Y轴旋转的角度称为翻滚角，记为θ_z；绕Z轴旋转的角度称为方位角，记为θ_x，通过旋转矩阵Rot(θ_y)将Y轴正方向校准至地磁场的正北方位，其中Rot(θ_x)、Rot(θ_y)、Rot(θ_z)如式(1)(2)(3)，

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，世界坐标系中的X轴与Y轴方向并非表示汽车横向与纵向加速度，需要重新绕Z轴旋转至初始方位角，旋转矩阵R应满足：

R＝R_初值×Rot(θ_z)^-1 (4)

若Z轴旋转的角度满足式(3)，那么Rot(θ_z)^-1表示为

且满足

Rot(θ_z)Rot(θ_z)^-1＝1 (6)。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在车辆A实际运动过程中，车辆以速度v在地面行驶，以大地为参照物，车辆的位移按(12)式进行累加，

式中：P_x为离散化的位移序列；W为车辆长度。