一种基于二维功率谱密度评估三维沥青路面平整度的方法

1.本技术涉及道路检测技术领域，尤其涉及一种基于二维功率谱密度评估三维沥青路面平整度的方法。


背景技术：

2.平整度是评定沥青路面质量、保证行车安全性和舒适性的主要技术指标之一。研究结果表明，路面质量恶化不仅会导致大量的撞车事故，而且路面不平整也会影响行车速度，导致行车的滚动阻力增加，加快损耗汽车零部件，造成汽车维护费用的增加；此外，不平整路面会激发车辆产生竖向动态荷载，该竖向冲击荷载也会被反作用于路面，加剧路面病害的发生。
3.通常，平整度检测技术按照检测原理划分，可分为反应类和断面类两种平整度检测方法，主要包括三米直尺法、连续式平整度仪、手推式平整度仪、车载式颠簸累积仪、车载式激光平整度仪等。以上检测仪器对于沥青路面的检测通常只能得到二维的高程数据，计算得到的平整度通常是某一纵断面的，没有考虑沥青路面横向的影响。
4.随着信息技术的发展，机器视觉技术已广泛用于机器人、自动化等领域，具有信息丰富，及时性好、体积小、能耗低的优点。rgb-d传感器、双目视觉技术等技术已经被用于获得更加全面的沥青路面三维信息。相比于传统的检测手段，新型的检测技术不仅可以得到沥青路面纵向的高程数据，也可以得到沥青路面横向的高程数据。
5.但是现有技术中由于路面平整度的计算方式主要是针对纵向的，没有考虑横向的影响，得到的平整度结果不能完全反应路面的状况。


技术实现要素：

6.本技术提供了一种基于二维功率谱密度评估三维沥青路面平整度的方法，其技术目的是建立起三维沥青路面平整度评价方式与现行平整度评价标准的联系，实现更加全面地评估三维沥青路面的平整度。
7.本技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
8.一种基于二维功率谱密度评估三维沥青路面平整度的方法，包括：
9.步骤1，对采集得到的沥青路面高程数据进行离散处理，即在x和y方向上的空间区域内分别以采样间距δx和δy进行采样，得到点阵大小m
×
n的空间表面，确定x和y方向上的空间频率f
p
和fq；
10.步骤2，采用汉宁窗对三维沥青路面高程数据进行预处理；
11.步骤3，对离散后的沥青路面高程数据计算其二维的离散傅里叶变换为z(f
p
,fq)；
12.步骤4，根据帕斯瓦尔定理计算二维功率谱密度为psd(f
p
,fq)；
13.步骤5，将二维功率谱密度psd(f
p
,fq)转换为评价纵向路面的一维功率谱密度psd(f
p
)；
14.进一步地，所述步骤1中，对采集得到的沥青路面高程数据进行离散处理，包括：
15.空间表面x方向上的空间频率离散为：
16.f
p
＝p/(mδx),p＝0,1,2...,m-1；
17.空间表面y方向上的空间频率离散为：
18.fq＝q/(nδy),q＝0,1,2...,n-1。
19.进一步地，所述步骤2中，对离散后的沥青路面高程数据采用汉宁窗进行预处理包括：
20.二维汉宁窗定义(窗口能量做归一化处理)如下：
[0021][0022]
其中，(0≤m≤m-1,0≤n≤n-1)。
[0023]
进一步地，所述步骤3中，对离散后的沥青路面高程数据计算其二维的离散傅里叶变换为z(f
p
,fq)，包括：
[0024][0025]
其中，(0≤m≤m-1,0≤n≤n-1)。
[0026]
进一步地，所述步骤4中，根据帕斯瓦尔定理计算二维功率谱密度为psd(f
p
,fq)，包括：
[0027][0028]
其中，(0≤m≤m-1,0≤n≤n-1)。
[0029]
进一步地，所述步骤5中，将二维功率谱密度psd(f
p
,fq)转换为评价纵向路面的一维功率谱密度psd(f
p
)，包括：
[0030][0031]
其中，(0≤m≤m-1,0≤n≤n-1)。
[0032]
与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：
[0033]
本发明中通过步骤3～4，对离散后的沥青路面高程数据计算其二维的离散傅里叶变换并根据帕斯瓦尔定理计算二维功率谱密度，计算出三维沥青路面的二维功率谱密度；
[0034]
根据步骤5将二维功率谱密度转换为评价纵向路面的一维功率谱密度，从而建立起了三维沥青路面平整度评价方式与现行平整度评价标准的联系，实现三维沥青路面平整度的评估，具有更全面且准确的特点；相对于传统的通过计算某一纵断面功率谱密度评估平整度的方法，步骤1通过增加横向断面数据，不仅对于三维沥青路面平整度的评估更全面，并且可以降低谱线的波动；本发明的方法不仅可以更好地评估三维沥青路面的平整度，而且具有很高的评估精度。
附图说明
[0035]
图1为本技术所述方法的流程图；
[0036]
图2为本技术仿真的a～d级沥青路面的三维高程图；
[0037]
图3为本技术计算的a～d级沥青路面的二维功率谱密度图；
[0038]
图4为本技术在a～d等级路面下本技术方法计算谱线与标准谱的对比图；
[0039]
图5为本技术在a～d等级路面下本技术方法计算谱线与传统方法的对比图。
具体实施方式
[0040]
下面将结合附图对本技术技术方案进行详细说明。
[0041]
本技术提供一种基于二维功率谱密度评估三维沥青路面平整度的方法，针对传统方法无法对三维沥青路面平整度进行全面评估的问题，本技术利用三维沥青路面的二维功率谱密度，建立起了三维沥青路面平整度评价方式与现行平整度评价标准的联系，实现三维沥青路面平整度的评估，具有更全面且准确的特点；
[0042]
实施例1：
[0043]
一种基于二维功率谱密度评估三维沥青路面平整度的方法，其实现流程图如图1所示，其计算步骤如下：
[0044]
本技术所要评估的三维沥青路面中，其高程的仿真公式为：
[0045][0046]
其中，x为随机路面纵向位置；y为随机路面横向位置；θi(x,y)为路面上任意行y属于[0,2π]之间的随机数。
[0047]
步骤1，确定三维仿真路面x和y方向的长度分别为160m和6m，取采样间距δx＝0.1m，δy＝0.1m。结合a级路面的平整度系数的几何平均值16
×
10-6
m3，仿真a级路面。同理，依次选取b、c和d级对应的平整度系数，生成对应等级的三维沥青路面高程。
[0048]
步骤2，确定x和y方向上的空间频率f
p
和fq；
[0049]
空间表面x方向上的空间频率离散为：
[0050]fp
＝p/(mδx),p＝0,1,2...,m-1；
[0051]
空间表面y方向上的空间频率离散为：
[0052]fq
＝q/(nδy),q＝0,1,2...,n-1；
[0053]
步骤3，采用汉宁窗对三维沥青路面高程数据进行预处理；
[0054][0055]
其中，(0≤m≤m-1,0≤n≤n-1)。
[0056]
步骤4，对离散后的沥青路面高程数据计算其二维的离散傅里叶变换为z(f
p
,fq)；
[0057][0058]
其中，(0≤m≤m-1,0≤n≤n-1)。
[0059]
步骤5，根据帕斯瓦尔定理计算二维功率谱密度为psd(f
p
,fq)，；
[0060]
[0061]
其中，(0≤m≤m-1,0≤n≤n-1)。
[0062]
步骤6，将二维功率谱密度psd(f
p
,fq)转换为评价纵向路面的一维功率谱密度psd(f
p
)；
[0063][0064]
其中，(0≤m≤m-1,0≤n≤n-1)。
[0065]
在本实施例中如图4所示，在空间频率区间[0.011,2.83]m-1
下，所计算的a～d级三维沥青路面功率谱密度谱线与对应等级的标准谱线相吻合，对于三维沥青路面平整度的评估具有可行性。
[0066]
在本实施例中如图5所示，传统方式即选取各级仿真路面横向2m(y＝2m)处纵向断面高程数据，计算其对应的功率谱密度。通过图5可知，横向的某一纵断面高程数据所计算的功率谱密度，波动幅度较大。而本发明的方法所得到的路面功率谱密度谱线与标准谱线相吻合，并且降低了谱线波动情况。因此本发明的方法不仅可以更好地评估三维沥青路面的平整度，而且具有很高的评估精度。