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基于自行车载手机传感器的道路平整度测量及其可视化方法研究

万汨  
【摘要】:道路平整度,或者说粗糙程度,包含了坑洞、裂缝等表现道路表面轮廓的信息。它是评价一条道路好坏的重要指标,同时也直接影响到道路的使用寿命以及途径车辆上乘车者的舒适程度。道路平整度并非直接可测的物理量,各国有不同的定义、指标和测量方法。直到1982年,世界银行组织提出了国际平整度指数IRI(International Roughness Index)将不同指标串联起来,传统的人工测量方法也逐渐被车载多传感器测量所取代。然而目前最先进的车载多传感器测量同样有着成本较高、测量范围有限、测量周期长等不足。尤其在发展中国家,出于成本考虑,很难进行大面积、多种类型道路的平整度测量。针对这些问题,本文提出基于“自行车”和“手机传感器”的道路平整度测量及可视化理论和方法。这一方法可以作为传统测量的补充,以较低的成本获取多类型道路的平整度信息。具体的研究内容包括:(1)基于手机传感器的道路平整度计算模型研究。计算模型的构建是手机传感器数据到道路平整度的关键一环。本文对传统的道路平整度计算模型进行参数分析,并据此将手机传感器获取的数据进行转化;分析、选用合适的数据预处理模型对获取的传感器数据进行降噪等预处理;最终,结合自行车骑行测量的特点,构建基于手机传感器的道路平整度计算模型。另外,考虑到坑洞问题在道路维护中的重要性,提出了一个坑洞识别算法。(2)道路平整度可视化方法研究。在获取道路平整度后,为便于用户进行查看,需要对其进行空间可视化。本文通过手机连续定位数据绘制了用户的测量轨迹;将测量的道路平整度进行分级并设计了对应的表达方法;研究手机电子地图上的道路平整度空间多尺度表达方法,并对多尺度可视化的粒度适宜性进行分析。(3)道路平整度测量及可视化方法实现。本文作为应用型研究,在面向“自行车”和“手机传感器”的道路平整度计算模型构建及其可视化方法理论研究的基础上,又进一步搭建了原型系统实现了道路平整度测量及其可视化。本文选用iOS平台,开发了一个完整的原型系统GetRoadSR,实现了基于手机的道路平整度信息的采集、分析、处理、可视化等功能,同时也支持用户对多条采集记录进行管理。


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