基于车载CAN总线的道路平顺性检测装置及其检测方法.pdf

1、10申请公布号CN104132637A43申请公布日20141105CN104132637A21申请号201410359322522申请日20140725G01B21/30200601H04L12/40200601G08C17/02200601G06F19/0020110171申请人长安大学地址710064陕西省西安市南二环中段33号72发明人徐婷马壮林石涌泉何立明74专利代理机构西安睿通知识产权代理事务所特殊普通合伙61218代理人车宁华54发明名称基于车载CAN总线的道路平顺性检测装置及其检测方法57摘要本发明涉及道路移动测量技术领域，公开了一种基于车载CAN总线的道路平顺性检测装置及其检

2、测方法。该装置包括至少三个通讯基站，安装在车辆上的车载工控机、车载手机、显示器和数据存储硬盘；该装置通过车载手机得到车辆的实时运行速度，并将车辆的实时运行速度与设计车速进行比较，从而基于车辆运行速度对道路平顺性做出评价。51INTCL权利要求书2页说明书6页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图3页10申请公布号CN104132637ACN104132637A1/2页21基于车载CAN总线的道路平顺性检测装置，其特征在于，包括至少三个通讯基站，安装在车辆上的车载工控机、车载手机、显示器和数据存储硬盘；所述至少三个通讯基站，其中每个通讯基站包括测距模

3、块、计时模块、信号发射接收模块，所述测距模块用于向所述车载手机发送测距信号，所述计时模块用于根据发送测距信号和接收返回信号确定测距信号的往返时间，所述信号发射接收模块用于接收定位请求信息并发射信号的往返时间给所述车载手机；所述车载手机包含信息发射模块和信息确认模块，所述信息发射模块用于向所述通讯基站发射定位请求信息，所述信息确认模块用于接收所述通讯基站发出的测距信号，并返回确认信息；所述车载工控机包含数据库和计算模块，所述数据库用于存储电子地图，所述计算模块用于根据信号的往返时间计算得到所述车辆的实时行驶速度，并将实时行驶速度与该路段的设计车速进行比较，并将比较结果通过显示器显示且通过数据存储

4、硬盘存储；所述通讯基站与所述车载手机通过无线通讯方式连接，所述车载手机的输出端电连接所述车载工控机的输入端，所述显示器的输入端和数据存储硬盘的输入端分别对应电连接所述车载工控机的输出端，所述车载工控机电连接到所述CAN总线上。2根据权利要求1所述的基于车载CAN总线的道路平顺性检测装置，其特征在于，所述CAN总线上连接有车辆点火系统。3根据权利要求1所述的基于车载CAN总线的道路平顺性检测装置，其特征在于，所述显示器采用INNOLUX/群创AT043TN24V7群创43寸液晶显示屏。4根据权利要求1所述的基于车载CAN总线的道路平顺性检测装置，其特征在于，所述数据存储硬盘采用华为OCEANST

5、ORS2200T型。5基于车载CAN总线的道路平顺性检测方法，基于权利要求1所述的基于车载CAN总线的道路平顺性检测装置，其特征在于，包括以下步骤1数据采集所述车载手机中的信息发射模块向至少三个通讯基站发射定位请求信息，所述至少三个通讯基站接收到所述信息发射模块发射的定位请求信息后分别向所述车载手机发送测距信号，所述计时模块记录发送时刻；所述车载手机接收该测距信号后，返回确认测距信号；通讯基站接收所述确认测距信号，所述计时模块记录接收时刻，根据所述发送时刻与接收时刻的时间确定测距信号的往返时间；所述至少三个通讯基站得到至少三个测距信号的往返时间，每个通讯基站将所得到的各自的测距信号的往返时间发

6、送给车载手机；2数据处理所述车载手机接收到至少三个测距信号的往返时间后将其发送给车载工控机，所述车载工控机根据所述数据库中存储的电子地图中的所述至少三个通讯基站的地理经纬度坐标，以及每个通讯基站得到的各自的测距信号的往返时间，按照到达时间差测向定位法TDOA，得到所述车载手机的地理经纬度坐标；所述车载手机的定位更新时间为T，即所述车载手机每隔T发送一次定位请求信息，同时，所述工控机每隔T计算得到一次所述车载手机的地理经纬度坐标，所述工控机根据两个相邻定位更新时刻的车载手机的地理经纬度坐标得到车载手机在定位更新时间内的运行距离L，则得到两相邻定位更新时刻内的平均速度权利要求书CN10413263

7、7A2/2页3设此平均速度为两个相邻定位更新时刻中后一定位更新时刻的运行速度VI，根据已知的道路等级设计规范和道路设计资料，确定道路的设计车速V，设定位更新时刻的运行车速与道路设计车速的差值为VVVIV建立以定位更新时间为横坐标，运行车速与道路设计车速的差值为纵坐标的直角坐标系，并在所述直角坐标系内做出每个定位更新时刻的运行车速与道路设计车速的差值的标记点，设N为标记点总数，N1为所述差值V在A与A之间的标记点，1为在A与A之间的标记点占总标记点的百分比，N2为所述差值V在B与B之间的标记点，2为在B与B之间的标记点占总标记点的百分比，A小于B，则当170且280，采样道路整体平顺性评价为“优

8、”，当160且270，采样道路整体平顺性评价为“良”，其他情况采样道路整体平顺性评价为“差”；3判断显示所述显示器显示所述直角坐标系，并在所述直角坐标系内显示以每个定位更新时刻为横坐标以每个定位更新时刻的运行车速与道路设计车速的差值为纵坐标的标记点，所述差值V介于A与A之间时，显示器输出绿色标记点；差值V介于A和B或A和B之间时，显示器输出黄色标记点；差值V大于B或小于B时，显示器输出红色标记点。权利要求书CN104132637A1/6页4基于车载CAN总线的道路平顺性检测装置及其检测方法技术领域0001本发明涉及道路移动测量技术领域，尤其涉及一种基于车载CAN总线的道路平顺性检测装置及其检测

9、方法。背景技术0002目前，道路平顺性评价在工程实际中主要依靠人工测量完成，人工测量结果精度低，静态测量效率差，无法满足高效、精确测量的要求，需要引入更科学的测量方法和系统。检索发现，一种名为车载道路平顺性测量系统专利号2011203528603的实用新型专利以检测路面病害图像情况而得到的道路平顺性评价，其虽然使用了惯量传感器，但是并没有基于车辆运行速度对道路平顺性做出评价，并不是严格意义上的道路平顺性评价。发明内容0003发明人认为道路平顺性与行车安全密切相关。目前,我国公路线形几何设计规范的确定基于设计车速,所有线形元素都是根据事先确定的设计车速选取的。相关研究表明,驾驶员对车速的控制基本

10、上是由驾驶员的“道路安全感”决定的,即运行车速控制是公路线形、路面条件和交通环境条件等道路运营环境因素对车辆驾驶员进行视觉诱导综合作用的结果，因此，运行车速可以作为表征道路平顺性的标志。0004本发明的目的在于提供一种基于车载CAN总线的道路平顺性检测装置及其检测方法，该装置通过车载手机得到车辆的实时运行速度，并将车辆的实时运行速度与设计车速进行比较，从而基于车辆运行速度对道路平顺性做出评价。0005为达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。0006方案一0007基于车载CAN总线的道路平顺性检测装置，其特征在于，包括至少三个通讯基站，安装在车辆上的车载工控机、车载手机、显示器和数据

11、存储硬盘；0008所述至少三个通讯基站，其中每个通讯基站包括测距模块、计时模块、信号发射接收模块，所述测距模块用于向所述车载手机发送测距信号，所述计时模块用于根据发送测距信号和接收返回信号确定测距信号的往返时间，所述信号发射接收模块用于接收定位请求信息并发射信号的往返时间给所述车载手机；0009所述车载手机包含信息发射模块和信息确认模块，所述信息发射模块用于向所述通讯基站发射定位请求信息，所述信息确认模块用于接收所述通讯基站发出的测距信号，并返回确认信息；0010所述车载工控机包含数据库和计算模块，所述数据库用于存储电子地图，所述计算模块用于根据信号的往返时间计算得到所述车辆的实时行驶速度，并

12、将实时行驶速度与该路段的设计车速进行比较，并将比较结果通过显示器显示且通过数据存储硬盘存储；0011所述通讯基站与所述车载手机通过无线通讯方式连接，所述车载手机的输出端电连接所述车载工控机的输入端，所述显示器的输入端和数据存储硬盘的输入端分别对应电说明书CN104132637A2/6页5连接所述车载工控机的输出端，所述车载工控机电连接到所述CAN总线上。0012本技术方案的特点和进一步改进在于0013所述CAN总线上连接有车辆点火系统。0014所述显示器采用INNOLUX/群创AT043TN24V7群创43寸液晶显示屏。0015所述数据存储硬盘采用华为OCEANSTORS2200T型。0016

13、方案二0017基于车载CAN总线的道路平顺性检测方法，基于上述一种基于车载CAN总线的道路平顺性检测装置，其特征在于，包括以下步骤00181数据采集所述车载手机中的信息发射模块向至少三个通讯基站发射定位请求信息，所述至少三个通讯基站接收到所述信息发射模块发射的定位请求信息后分别向所述车载手机发送测距信号，所述计时模块记录发送时刻；所述车载手机接收该测距信号后，返回确认测距信号；通讯基站接收所述确认测距信号，所述计时模块记录接收时刻，根据所述发送时刻与接收时刻的时间确定测距信号的往返时间；所述至少三个通讯基站得到至少三个测距信号的往返时间，每个通讯基站将所得到的各自的测距信号的往返时间发送给车载

14、手机；00192数据处理所述车载手机接收到至少三个测距信号的往返时间后将其发送给车载工控机，所述车载工控机根据所述数据库中存储的电子地图中的所述至少三个通讯基站的地理经纬度坐标，以及每个通讯基站得到的各自的测距信号的往返时间，按照到达时间差测向定位法TDOA，得到所述车载手机的地理经纬度坐标；0020所述车载手机的定位更新时间为T，即所述车载手机每隔T发送一次定位请求信息，同时，所述工控机每隔T计算得到一次所述车载手机的地理经纬度坐标，所述工控机根据两个相邻定位更新时刻的车载手机的地理经纬度坐标得到车载手机在定位更新时间内的运行距离L，则得到两相邻定位更新时刻内的平均速度00210022设此平

15、均速度为两个相邻定位更新时刻中后一定位更新时刻的运行速度VI，根据已知的道路等级设计规范和道路设计资料，确定道路的设计车速V，设定位更新时刻的运行车速与道路设计车速的差值为V0023VVIV0024建立以定位更新时间为横坐标，运行车速与道路设计车速的差值为纵坐标的直角坐标系，并在所述直角坐标系内做出每个定位更新时刻的运行车速与道路设计车速的差值的标记点，设N为标记点总数，N1为所述差值V在A与A之间的标记点，1为在A与A之间的标记点占总标记点的百分比，N2为所述差值V在B与B之间的标记点，2为在B与B之间的标记点占总标记点的百分比，A小于B，则002500260027当170且280，采样道路

16、整体平顺性评价为“优”，当160且说明书CN104132637A3/6页6270，采样道路整体平顺性评价为“良”，其他情况采样道路整体平顺性评价为“差”；00283判断显示所述显示器显示所述直角坐标系，并在所述直角坐标系内显示以每个定位更新时刻为横坐标以每个定位更新时刻的运行车速与道路设计车速的差值为纵坐标的标记点，所述差值V介于A与A之间时，显示器输出绿色标记点；差值V介于A和B或A和B之间时，显示器输出黄色标记点；差值V大于B或小于B时，显示器输出红色标记点。0029本发明的基本原理是获取车载手机定位参数，依据车载手机与所在车辆具有相同运动状态的原理，获取与车载手机相同的车辆运行速度，计算

17、得到车辆运行速度和设计车速之差,并车辆运行速度和设计车速之差与道路平顺性评价标准比较，得到道路平顺性评价结果，并自动进行记录和储存。0030该装置基于车载CAN总线，无需加装额外的车载传感器设备，简单易行、节约成本，具有较强的推广和应用前景。通过道路平顺性评价，可以发现道路存在的行车安全性问题,通过修改或进行安全改善,提高道路的运营安全性。附图说明0031下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。0032图1为本发明的基于车载CAN总线的道路平顺性检测装置的结构示意框图；0033图2为本发明的基于车载CAN总线的道路平顺性检测方法的工作流程图；0034图3为本发明的试验结果显示示例图

18、；0035图4为到达时间差测向定位法TDOA原理图。具体实施方式0036参照图1，为本发明的基于车载CAN总线的道路平顺性检测装置的结构示意框图；该装置包括安装在车辆上的车载工控机、车载手机、显示器、数据存储硬盘，至少三个通讯基站。0037至少三个通讯基站，其中每个通讯基站包括测距模块、计时模块、信号发射接收模块，测距模块用于向车载手机发送测距信号，计时模块用于根据发送测距信号和接收返回信号确定测距信号的往返时间，信号发射接收模块用于接收定位请求信息并发射信号的往返时间给车载手机；0038车载手机包含信息发射模块和信息确认模块，信息发射模块用于向通讯基站发射定位请求信息，信息确认模块用于接收通

19、讯基站发出的测距信号，并返回确认信息。0039车载工控机包含数据库和计算模块，数据库用于存储电子地图，计算模块用于根据信号的往返时间计算得到车辆的实时行驶速度，并将实时行驶速度与该路段的设计车速进行比较，并将比较结果通过显示器显示且通过数据存储硬盘存储。0040通讯基站与车载手机通过无线通讯方式连接，车载手机的输出端电连接车载工控机的输入端，显示器的输入端和数据存储硬盘的输入端分别对应电连接车载工控机的输出端，车载工控机电连接到CAN总线上。0041CAN总线上连接有车辆点火系统。0042显示器采用INNOLUX/群创AT043TN24V7群创43寸液晶显示屏。说明书CN104132637A4

20、/6页70043数据存储硬盘采用华为OCEANSTORS2200T型。0044为实现本发明的道路平顺性的检测，以上述道路平顺性检测装置为基础，具体步骤如下0045车载CAN总线获取点火和熄火信号，其中高电压为点火信号，低电压为熄火信号，车载CAN总线将获取的点火和熄火信号发送至车载工控机，车载工控机根据点火信号控制该装置开始工作，根据熄火信号控制该装置停止工作。00461数据采集车载手机中的信息发射模块向至少三个通讯基站发射定位请求信息，至少三个通讯基站接收到所述信息发射模块发射的定位请求信息后分别向车载手机发送测距信号，计时模块记录发送时刻；车载手机接收该测距信号后，返回确认测距信号；通讯基

21、站接收所述确认测距信号，计时模块记录接收时刻，根据发送时刻与接收时刻的时间确定测距信号的往返时间；至少三个通讯基站得到至少三个测距信号的往返时间，每个通讯基站将所得到的各自的测距信号的往返时间发送给车载手机；00472数据处理车载手机接收到至少三个测距信号的往返时间后将其发送给车载工控机，车载工控机根据数据库中存储的电子地图中的至少三个通讯基站的地理经纬度坐标，以及每个通讯基站得到的各自的测距信号的往返时间，按照到达时间差测向法TDOA，得到车载手机的地理经纬度坐标；0048如图4所示的到达时间差测向定位TDOA原理图。0049图中A、B、C为三个通讯基站，T为车载手机；T到A、B、C为三个通

22、讯基站的距离分别为LAT、LBT、LCT，对应的传播时间为TAT、TBT、TCT，T到A通讯基站、B通讯基站的传播时间差为TAB00500051其中00520053则得到公式10054同理T到A通讯基站、C通讯基站的传播时间差为TAC为00550056其中0057则得到公式20058上述公式1、公式2即为双曲线函数的变形。0059当通过通讯基站测量出TAB、TAC，并将已知各通讯基站地理经纬度坐标A0，0,B0，YB,CXC,0代入公式1和公式2后，便可解出车载手机T的位置TXT,YT。0060在本实施例中，车载手机定位更新频率为10HZ，所以车载手机的定位更新时间为01S，即车载手机每隔01

23、S发送一次定位请求信息，同时，工控机每隔01S计算得到一次说明书CN104132637A5/6页8车载手机的地理经纬度坐标，工控机根据两个相邻定位更新时刻的车载手机的地理经纬度坐标得到车载手机在定位更新时间内的运行距离L，则得到两相邻定位更新时刻内的平均速度00610062设此平均速度为后一定位更新时刻的运行速度VI，单位为KM/H，根据已知的道路等级设计规范和道路设计资料，确定道路的设计车速V，单位为KM/H，设定位更新时刻的运行车速与道路设计车速的差值为V0063VVIV0064建立以定位更新时间为横坐标，运行车速与道路设计车速的差值为纵坐标的直角坐标系，并在所述直角坐标系内做出每个定位更

24、新时刻的运行车速与道路设计车速的差值的标记点，设N为标记点总数，N1为所述差值V在10与10之间的标记点，1为在10与10之间的标记点占总标记点的百分比，N2为所述差值V在20与20之间的标记点，2为在20与20之间的标记点占总标记点的百分比，则006500660067当170且280，采样道路整体平顺性评价为“优”，当160且270，采样道路整体平顺性评价为“良”，其他情况采样道路整体平顺性评价为“差”。00683判断显示所述显示器显示所述直角坐标系，并在所述直角坐标系内显示以每个定位更新时刻为横坐标以每个定位更新时刻的运行车速与道路设计车速的差值为纵坐标的标记点，所述差值V小于在10与10

25、之间时，显示器输出绿色标记点，表示测量点的平顺性评价为优；差值V介于10和20或10和20之间时，显示器输出黄色标记点，表示测量点的平顺性评价为良；差值V大于20或小于20时，显示器输出红色标记点，表示测量点的平顺性评价为差，如表一所示。0069表一平顺性评价标准007000714记录数据0072在步骤2判断道路平顺性水平，车载工控机将每个定位更新时刻和每个定位更新时刻的运行车速与道路设计车速的差值发送给数据存储硬盘。V的数值有正负号，正号表示运行车速大于设计车速，负号表示运行车速小于设计车速。同时，自动跳回步骤2，重复步骤23。说明书CN104132637A6/6页90073所述显示画面和数

26、据存储画面如图3所示。00745系统结束0075车载CAN总线采集到的熄火电压信号，并传输给车载工控机，车载工控机判断车辆停止运行，所述系统自动结束。0076该装置基于车载CAN总线，无需加装额外的车载传感器设备，简单易行、节约成本，具有较强的推广和应用前景。通过道路平顺性评价，可以发现道路存在的行车安全性问题,通过修改或进行安全改善,提高道路的运营安全性。0077尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。说明书CN104132637A1/3页10图1说明书附图CN104132637A102/3页11图2说明书附图CN104132637A113/3页12图3图4说明书附图CN104132637A12