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基于激光测距的路面平整度检测及降噪技术研究

作　者: 安迎迎
导　师: 孙凤英
学　校: 东北林业大学
专　业: 载运工具运用工程
关键词: 路面平整度 激光测距扫描仪 数据通信与采集 降噪滤波
分类号: U416.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


路面平整度作为路面评价及路面维护的一个重要指标,是影响车辆行驶舒适性及安全性的重要因素。本文研究了基于激光测距的路面平整度检测方法及信号滤波降噪技术,此研究旨在应用于无需专门检测车辆的路面平整度检测系统中。该检测使用国际平整度指数IRI作为评价路面平整度的指标参数,文中首先根据国际路面平整度指数的计算方法,建立了检测工作原理的数学模型。然后分析了检测过程中,各个设备之间的衔接。其中,硬件部分以计算机为核心,选用高精度的激光扫描仪与陀螺仪。通过激光测距扫描仪来采集其自身到路面的垂直高度；使用陀螺仪采集激光扫描仪的垂直振动加速度。利用采集的原始数据,本文建立了合理的计算路面高程的数学模型。软件部分是基于Visual Basic 6.0的开发环境,设计数据通信与数据采集的可视化界面。通过分析汽车振动信号特征,与现有的常用的滤波方法进行比较,本文研究并选择Butterworth氐通数字滤波算法,在同样满足滤波降噪要求的前提下,此种方法设计便捷、经济且实用。此滤波器的应用,为应用于无需专门检测车辆的路面平整度检测系统上奠定了基础。利用MATLAB软件,设计数字信号滤波器。将设计的滤波器进行仿真分析,然后应用于实际检测中,得到较精确的初始数据。再通过数值法计算获得检测路段的国际平整度指数IRI值。最后,.将本课题研究的检测方法与滤波器应用于实际路段的检测。通过大量、重复的实验,得到了待检测路段的国际平整度指数IRI的值。实验结果验证了本文研究的基于激光测距的路面平整度检测方法以及设计的数字滤波器合理、可行,为其应用于非专业检测车辆上奠定了基础。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-12
  1.1 课题背景  7-8
  1.2 路面平整度检测技术研究现状  8-9
    1.2.1 国外研究现状  8
    1.2.2 国内研究现状  8-9
  1.3 路面平整度检测的关键技术  9
  1.4 信号滤波技术概述及研究现状  9-11
    1.4.1 数字滤波器概述  9-10
    1.4.2 研究现状  10-11
  1.5 课题的主要工作  11-12
    1.5.1 本课题的检测思路  11
    1.5.2 本课题的研究内容  11-12
2 路面平整度的检测方法及评价指标  12-17
  2.1 检测方法概述  12
  2.2 路面平整度评价指标  12-16
    2.2.1 标准差s及其计算  12-13
    2.2.2 国际平整度指数IRI及计算方法  13-16
  2.3 本章小结  16-17
3 总体结构设计及硬件选择  17-24
  3.1 检测的工作原理及总体结构设计  17-21
    3.1.1 路面平整度检测的原理  17
    3.1.2 总体结构设计  17-18
    3.1.3 系统的各部分介绍  18-21
  3.2 硬件选择  21-23
  3.3 本章小结  23-24
4 数据通信与数据采集实现  24-32
  4.1 硬件设备通信  24-26
    4.1.1 MSComm串行通信控件  24-25
    4.1.2 采集设备与计算机通信  25-26
  4.2 激光扫描仪数据采集  26-30
    4.2.1 激光传感器扫描特征  26-27
    4.2.2 数据采集界面设计  27-30
  4.3 陀螺仪采集振动加速度  30-31
    4.3.1 振动加速度数据采集的实现  30-31
  4.4 本章小结  31-32
5 滤波降噪技术研究及仿真  32-44
  5.1 原始数据信号预处理  32
  5.2 滤波降噪技术  32-35
    5.2.1 MATLAB信号处理工具箱滤波器选择  32-34
    5.2.2 Butterworth低通数字滤波器性能指标  34-35
  5.3 数字滤波器的设计  35-39
    5.3.1 IIR数字滤波器S-Z变换设计  35-37
    5.3.2 模拟滤波器设计  37-39
  5.4 数字滤波器的MATLAB仿真  39-43
    5.4.1 IIR数字滤波器的MATLAB设计  39
    5.4.2 IIR滤波器的特性分析  39-41
    5.4.3 IIR滤波器的MATLAB仿真  41-43
  5.5 本章小结  43-44
6 实验与结果分析  44-51
  6.1 实际路段检测  44-49
    6.1.1 实验情况  44
    6.1.2 实验目的与方法  44-45
    6.1.3 实验得到的数据  45-49
  6.2 检测结果  49-50
  6.3 本章小结  50-51
结论  51-52
参考文献  52-55
附录A  55-59
附录B  59-60
攻读学位期间发表的学术论文  60-61
致谢  61-62

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 道路工程 > 路基、路面工程 > 路面工程
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