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路面平整度检测系统中的数据采集和定位技术研究

作　者: 宋彧
导　师: 刘宛予
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 公路检测路面信息采集光电编码器 GPS接收仪
分类号: U416.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

近年来,我国交通运输事业特别是高速公路建设获得了较快的发展。据统计,2006年底我国全国公路总里程达到348万公里,其中高速公路的通车里程达到4.54万公里,居世界第二。根据交通部最新制定的测量规范,必须对它们进行定期的普测。但是,我国目前的公路路面平整度检测设备的发展严重滞后,无论在精度上和速度上,都无法满足我国公路交通建设的需要。因此,本文根据公路路面平整度检测系统高精度、高速度的检测要求,并针对现有方法的不足,对基于结构光三维检测的公路路面平整度检测系统中的数据采集和定位技术进行研究,并通过理论和实验验证本文方法的正确性、可行性。主要完成以下研究工作:1.设计公路路面平整度检测系统的采集定位部分软件,实现采集定位功能。2.公路路面平整度检测系统的采集定位部分要求采集精度高、速度快。针对最初方法的不足,制作基于51单片机的电路板实现功能,设计新的基于串口中断的数据采集定位方法,并改进原有数据采集方法,从工作效率、稳定性、适用性等多个方面综合比较各种方法的优劣。3.光电编码器记录里程时,随着承载车的前行,累积误差愈加严重,需要对数据进行补偿修正。考虑以分段线性拟合为基本方法,将由GPS接收模块得到的单点位置信息转化为里程信息,作为光电编码器得到的里程数据的修正参考,并以实验验证方法的可行性。4.搭建实验系统的基础上,进行上路测试,完成系统定位精度、系统测试速度的初步实验;并结合系统的结构原理,对系统误差源进行研究和分析。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题的研究目的和意义  9-10
  1.2 路面平整度检测技术综述  10-13
    1.2.1 路面平整度的概念及评价指标  10-11
    1.2.2 用于平整度检测的路面信息采集方法  11-13
  1.3 路面信息采集的关键问题  13-14
  1.4 课题来源及主要研究问题  14-16
    1.4.1 课题来源  14
    1.4.2 论文主要研究内容  14-16
第2章系统中采集定位单元的总体设计  16-22
  2.1 引言  16
  2.2 基于结构光的路面平整度检测系统概述  16-18
    2.2.1 结构光三维检测基本原理  16-17
    2.2.2 基于结构光的三维检测系统的组成  17-18
  2.3 采集单元的总体设计  18-20
    2.3.1 采集单元的工作原理与组成  18
    2.3.2 采集单元的功能实现方案  18-20
  2.4 定位单元的总体设计  20-21
    2.4.1 定位单元的工作原理与组成  20
    2.4.2 定位单元的功能实现方案  20-21
  2.5 采集定位单元的硬件组成  21
  2.6 本章小结  21-22
第3章采集单元的软件设计及功能实现  22-45
  3.1 引言  22
  3.2 摄像头自由触发模式下采用查询方式的软件设计  22-25
    3.2.1 软件设计概览  22-23
    3.2.2 定时器架构  23-24
    3.2.3 存在的主要问题和改进建议  24-25
  3.3 摄像头外触发模式下的软件设计  25-28
    3.3.1 软件设计概览  25-27
    3.3.2 串口通信和对串口消息响应  27-28
    3.3.3 存在的主要问题和改进建议  28
  3.4 摄像头自由触发模式下采用中断方式的软件设计  28-34
    3.4.1 软件设计概览  28-30
    3.4.2 通信协议  30-33
    3.4.3 十六进制发送  33
    3.4.4 自由采集模式下中断方式采集定位方法的突出优点  33-34
  3.5 三种采集定位实现方法的比较  34-35
  3.6 基于当前车速的时基空基切换的采集方案  35-38
    3.6.1 方法设计背景  35
    3.6.2 时基采集和空基采集  35-36
    3.6.3 采集方案的算法设计  36-37
    3.6.4 时基控制的自修正能力  37
    3.6.5 时基空基切换采集方案的适用性  37-38
  3.7 基于部分直线化的快速的光条中心提取方法  38-41
  3.8 实验结果与分析  41-44
    3.8.1 实验系统的工作效能试验  41-42
    3.8.2 实验系统和DEMO 的比较实验  42-43
    3.8.3 实验系统采用空基时基转化方式的效果实验  43-44
  3.9 本章小结  44-45
第4章 GPS 定位仪和光电编码器结合的定位方法  45-65
  4.1 引言  45
  4.2 光电编码器定位方法的不足  45-46
  4.3 GPS 定位仪和光电编码器结合定位方法的总体设计  46-47
    4.3.1 GPS 定位仪和光电编码器结合的定位方法  46
    4.3.2 无修正的GPS 定位仪和光电编码器结合的定位方法  46-47
    4.3.3 有修正的GPS 定位仪和光电编码器结合的定位方法  47
  4.4 GPS 定位仪和光电编码器结合定位方法的算法设计  47-55
    4.4.1 算法设计的基本原则  47-48
    4.4.2 弯道判断方法  48-52
    4.4.3 世界大地系和空间直角坐标系间的坐标变换  52-53
    4.4.4 最小二乘线性拟合法  53-54
    4.4.5 最小二乘法在本课题中的适用性  54-55
  4.5 GPS 定位仪和光电编码器结合定位方法的软件设计  55-57
    4.5.1 线性邻点预测法的软件设计  55-56
    4.5.2 斜率变更法的软件设计  56-57
    4.5.3 差分里程法的软件设计  57
  4.6 GPS 定位仪和光电编码器结合定位方法存在的主要问题  57-58
  4.7 实验结果与分析  58-64
    4.7.1 实验概述  58-59
    4.7.2 弯道判断实验  59-61
    4.7.3 直线拟合实验  61-64
  4.8 本章小结  64-65
第5章电路板设计  65-69
  5.1 引言  65
  5.2 电路板设计  65-68
    5.2.1 电路板功能实现  65-66
    5.2.2 硬件电路的软件设计  66-68
    5.2.3 电路图  68
  5.3 本章小结  68-69
第6章实验及分析  69-74
  6.1 引言  69
  6.2 测量软件操作界面  69-71
    6.2.1 摄像头自由触发模式下采用查询方式设计方法的软件界面  69
    6.2.2 摄像头自由触发模式下采用中断方式设计方法的软件界面  69-71
  6.3 综合测试实验  71-73
    6.3.1 实验概述  71-72
    6.3.2 实验结果分析  72
    6.3.3 误差分析  72-73
  6.4 本章小结  73-74
结论  74-75
参考文献  75-79
附录  79-81
致谢  81

路面平整度检测系统中的数据采集和定位技术研究

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