桥头二次跳车病害测试方法及装置与流程

本公开的实施例一般涉及道路交通技术领域，并且更具体地，涉及桥头二次跳车病害测试方法、装置、设备和计算机可读存储介质。

背景技术：

桥头跳车问题曾是已建成公路质量通病的一种，由于桥头两端路堤与桥台本身的沉降量不一致,导致路、桥相接处(纵断面线形发生突变(台阶或陡坡)使得车辆行驶到这些地方时发生明显的颠簸现象。

在没有进行搭板设计与应用之前，桥头跳车现象主要集中在路、桥相接处；随着桥头搭板在得到广泛应用,跳车现象转移到搭板与路面相接处，该处的跳车病害区别称为桥头二次跳车，如附图图1所示。

由于搭板为钢筋水泥混凝土材料，其与道路衔接处对接的是半刚性道路基层材料，搭板与基层上方均为相同的沥青路面材料，搭板与道路衔接的立面图如附图图2所示。由于二者的材料整体强度刚度不一致，搭板段整体刚度较衔接路面段大，故现有的二次跳车问题转而变成了衔接处道路路面部分的沉降问题。

当前评价桥头跳车病害的指标有国际平整度指数iri、沉降差、纵坡变化率评价及基于心电指标的舒适性评价。

沉降差和纵坡变化率只是描述了问题后期的表象，不能够阐述问题前期产生的本质；从桥头跳车的根本原因上分析，无论是采用沉降差还是纵坡变化率，都不能描述事物的本质。假设车辆行驶在完全平稳衔接的沥青路面与水泥混凝土路面的接头处，虽然两种路面衔接处没有高差，但是车辆依然会跳动。这是因为二者材料的弹性模量不同，即使在相同荷载作用下，产生的弹塑性变形不同，从能量守恒的角度讲，刚度不同的材料吸收的能量或感知到的能量也不同。所以，产生桥头跳车的根本原因是不同材料的刚度差异，用沉降差和坡度变化率来定义这种病害的产生机理不够准确，二者只是对病害后期程度轻重的描述。

国际平整度指数在公路工程中的检测单元是1km，无法用于描述桥头搭板范围如此短小的范围内的突然的竖向起伏程度；基于心电指标的舒适性评价，从人因的感知角度，提出桥头跳车的评价方法，具有一定的先进性，但是对于道路基础设施而言，难以描述其受损害程度，无法对道路建设施工及养护起指导作用。

技术实现要素：

根据本公开的实施例，提供了一种桥头二次跳车病害测试方案。

在本公开的第一方面，提供了一种桥头二次跳车病害测试方法。该方法包括：采用捷联惯性导航系统采集车辆在待进行质量检验评定的桥头搭板与道路衔接处的振动特性指标值；计算桥头搭板与道路衔接处的振动加速度特征值；将所述振动加速度特征值代入预设的桥头搭板与道路衔接处弯沉差与振动加速度特征值的关系模型，得到对应的路段弯沉差；若对应的路段弯沉差大于预设的评判参考值，则判断对应的路段易产生二次跳车病害。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，选取多处搭板与道路衔接处的桥头，进行动态弯沉测试，取弯沉差平均值作为评判参考值。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，述桥头搭板与道路衔接处弯沉差与振动加速度特征值的关系模型是通过以下步骤建立的：采用捷联惯性导航系统采集车辆在桥头搭板与道路衔接处的振动特性指标值；计算桥头搭板与道路衔接处的振动加速度特征值；根据所述振动加速度特征值与对应的弯沉差，得到路段弯沉差与振动加速度特征值的关系模型。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，采用捷联惯性导航系统采集车辆在桥头搭板与道路衔接处的振动特性指标值包括：采集不同车辆/不同行驶速度下在桥头搭板与道路衔接处的振动特性指标值。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述振动加速度特征值是对所述振动特性指标值进行互相关性分析，从中选取的对桥头搭板与道路衔接处的振动感知具有共性的指标。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，计算桥头搭板与道路衔接处的振动加速度特征值包括：选取x、y、z三轴向加速度突变处极差绝对值的和来表示桥头搭板与道路衔接处材料刚度不同对行车的振动影响，即振动加速度特征值，其中，极差为最大值减最小值。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述路段弯沉差与振动加速度特征值的关系模型包括不同车辆/不同行驶速度下对应的路段弯沉差与振动加速度特征值的关系模型。

在本公开的第二方面，提供了一种桥头二次跳车病害测试装置。该装置包括：振动特性指标值采集模块，用于采用捷联惯性导航系统采集车辆在待进行质量检验评定的桥头搭板与道路衔接处的振动特性指标值；振动加速度特征值计算模块，用于计算桥头搭板与道路衔接处的振动加速度特征值；弯沉差计算模块，用于将所述振动加速度特征值代入预设的桥头搭板与道路衔接处弯沉差与振动加速度特征值的关系模型，得到对应的路段弯沉差；判断模块，用于若对应的路段弯沉差大于预设的评判参考值，则判断对应的路段易产生二次跳车病害。

在本公开的第三方面，提供了一种电子设备。该电子设备包括：存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如以上所述的方法。

在本公开的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如根据本公开的第一方面和/或第二发面的方法。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了根据本公开的实施例的桥头二次跳车的示意图；

图2示出了根据本公开的实施例的搭板与道路衔接处纵断面的示意图；

图3示出了根据本公开的实施例的桥头搭板与道路衔接处弯沉差与振动加速度特征值的关系模型的建立方法的流程图；

图4示出了根据本公开的实施例的桥头跳车处x、y、z三轴向加速度曲线(30km/h)的示意图；

图5示出了根据本公开的实施例的速度对桥头搭板与道路衔接处行车振动加速度影响规律的示意图；

图6示出了根据本公开的实施例的速度对桥头搭板与道路衔接处弯沉差与振动加速度特征值的关系模型的示意图；

图7示出了根据本公开实施例的桥头二次跳车病害测试方法的流程图；

图8示出了根据本公开的实施例的相衔接路段弯沉差与振动加速度特征值的关系模型的建立装置的方框图；

图9示出了能够实施本公开的实施例的示例性电子设备的方框图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

图3示出了根据本公开实施例的桥头搭板与道路衔接处弯沉差与振动加速度特征值的关系模型的建立方法300的流程图。

在框302，采用捷联惯性导航系统采集车辆在桥头搭板与道路衔接处的振动特性指标值；

在一些实施例中，采用捷联惯性导航系统测定桥头跳车处，即桥头搭板与道路衔接处，道路结构整体刚度不同而引起的车辆的振动特性指标值；其中，捷联惯性导航系统安装于车辆上，例如，安装在车辆驾驶室内，其测定的振动特性指标与人因的感知角度更为吻合。

在一些实施例中，采集车辆不同行驶速度下，例如20km/h～50km/h，在桥头搭板与道路衔接处的振动特性指标值。

在一些实施例中，采集不同类型车辆在不同载重下不同行驶速度下在桥头搭板与道路衔接处的振动特性指标值。

在一些实施例中，采用捷联惯性导航系统测定的振动特性指标值包括x、y、z三轴向加速度、x、y、z三轴向陀螺仪角速度、俯仰角、偏航角和翻滚角、x、y、z三轴向磁场十二种测试指标；具体地，包括：x轴加速度(g)、y轴加速度(g)、z轴加速度(g)、x轴陀螺角速度(度/秒)、y轴陀螺角速度(度/秒)、z轴陀螺角速度(度/秒)、俯仰角度(pitch)、偏航角度(yaw)、滚转角度(roll)、x轴磁场(gs)、y轴磁场(gs)、z轴磁场(gs)。

在框304，计算桥头搭板与道路衔接处的振动加速度特征值；其中，所述振动加速度特征值是对所述振动特性指标值进行互相关性分析，从中选取的对桥头搭板与道路衔接处的振动感知具有共性的指标；

在一些实施例中，对所述振动特性指标值进行互相关性分析包括：对所述十二种振动特性指标值进行互相关分析，例如皮尔逊互相关分析，根据其两两之间的互相关系数判定对桥头搭板与道路衔接处的振动感知具有共性的指标。通过下表1可见，x、y、z三轴向加速度值与其他9种指标间的相关关系。

表1

在一些实施例中，结合互相关分析结果，考虑到对车辆运行特征的影响，选取x、y、z三轴向加速度值作为基础数据。其中，现有研究大多采用三轴向加速度计测试车辆行驶在路面上的振动特性，三轴向加速度用于表征普通乘坐振动特性是可行的；针对衔接缝的齐整特点与车辆通过时的瞬时性，其与普通路面的破损引起的车辆振动特性可能不同，故采用12项振动指标的捷联惯性系统进行测试，以便获取更有效的振动评价指标，其精度更高测试指标更全面；在车辆路过衔接缝的短暂过程中，车辆在空间上的变化很小，x\y\z三轴磁场的变化不是振动特性的主因，故磁场指标不予考虑；x\y\z三轴向加速度与x、y、z三轴向陀螺仪角速度、俯仰角、偏航角和翻滚角这其他6种指标间均存在较为良好的相关关系，即可以采用x\y\z三轴向加速度作为其他指标的代表性指标。

在一些实施例中，对所述振动特性指标值进行处理；不同道路材料衔接缝处引起的x、y、z三轴向加速度与路面上普通路段因为路况产生的x、y、z三轴向加速度变化规律明显不同，与行车方向整齐的垂直衔接缝(材料刚度差引起的“假缝”，真实不存在)使车辆在x、y、z三轴向同时产生加速度的突变，而道路路况由于不具备衔接缝的规整，三轴向变化规律没有明显的同步性。所述预处理包括：截取桥头搭板与道路衔接处前后部分数据，以将普通路面振动特性与不同刚度材料衔接处振动特征区分开来。其中，捷联惯性导航系统测试频率每秒读取1000个数据，截取桥头搭板与道路衔接处前后部分数据个数在400～600个之间。在一些实施例中，如附图图4所示，以x、y、z三轴向加速度突变处作为截取桥头搭板与道路衔接处，其中，若存在连续两次x、y、z三轴向加速度突变处，则第一次x、y、z三轴向加速度突变处为桥头跳车处，以第二次x、y、z三轴向加速度突变处作为截取桥头搭板与道路衔接处，即桥头二次跳车处。

在一些实施例中，桥头搭板与道路衔接处引起车辆的x、y、z三轴向加速度均有所突变，且x、y、z三轴向加速度均与车辆的动力特性有关，考虑到车辆通过桥头搭板与道路衔接处时间很短，选取x、y、z三轴向加速度突变处最大值和最小值绝对值的和来表示桥头搭板与道路衔接处材料刚度不同对行车的振动影响，即振动加速度特征值at:

at＝|xmax-xmin|+|ymax-ymin|+|zmax-zmin|

其中，

xmax，xmin——x轴向加速度突变处最大值和最小值；

ymax，ymin——x轴向加速度突变处最大值和最小值；

zmax，zmin——x轴向加速度突变处最大值和最小值；

振动加速度特征值at可消除捷联惯性导航系统零点飘移的影响。

在一些实施例中，在一些实施例中，通过所采集的车辆不同行驶速度下，例如20km/h～50km/h，在桥头跳车处的振动特性指标值，计算车辆不同行驶速度下的振动加速度特征值at，以便验证车辆速度对振动加速度特征值的影响，以使测试数据更准确。如附图图5所示，图中趋势线y＝0.003x²-0.1275x+1.8751，x为车辆速度，y为振动加速度特征值，不同速度下桥头搭板与道路衔接处的振动加速度特征值基本呈直线变化规律，相同道路结构刚度差处，振动加速度特征值随速度增加而增大。

在框306，根据所述振动加速度特征值与对应的弯沉差，得到路段弯沉差与振动加速度特征值的关系模型。

在一些实施例中，所述弯沉差为由动态弯沉仪现场测得的桥头搭板与道路衔接处两侧的弯沉值之差，精度为0.01mm。

在一些实施例中，振动加速度特征值随相邻弯沉差增大而增大，二者近似呈线性关系，根据所述振动加速度特征值与对应的弯沉差，得到不同行驶速度下，路段弯沉差与振动加速度特征值的关系模型。在一些实施例中，所述关系模型为训练后的神经网络模型，例如lstm递归神经网络模型。通过采集车辆的振动加速度特征值，并以弯沉差作为标签进行标注，生成训练样本；将所述训练样本输入lstm神经网络模型进行训练，得到训练后的lstm神经网络模型。

在一些实施例中，所述关系模型为一元多项式回归方程；以30km/h振动加速度特征值的关系模型为例，如附图图6所示，路段弯沉差与振动加速度特征值的关系模型如下：

y＝0.1521x，r²＝0.8934；其中，

y——振动加速度特征值(g)；

z——由动态弯沉仪现场测得的桥头搭板与道路衔接处两侧的弯沉值之差(0.01mm)。

相关指数r²表示一元多项式回归方程拟合度的高低，或者说表示一元多项式回归方程估测的可靠程度的高低。

在一些实施例中，选取多处刚刚产生细微高差变化的搭板与道路衔接处的桥头，进行动态弯沉测试，取多处的弯沉差平均值作为评判参考值。

图7示出了根据本公开实施例的桥头二次跳车病害测试方法600的流程图。

在框702，采用捷联惯性导航系统采集车辆在待进行质量检验评定的桥头搭板与道路衔接处的振动特性指标值；

在一些实施例中，采用捷联惯性导航系统测定待进行质量检验评定的桥头搭板与道路衔接处，道路结构整体刚度不同而引起的车辆的振动特性指标值；其中，捷联惯性导航系统安装于车辆上，例如，安装在车辆驾驶室内，其测定的振动特性指标与人因的感知角度更为吻合。

在一些实施例中，采集车辆不同行驶速度下，例如20km/h～50km/h，在桥头跳车处的振动特性指标值。

在一些实施例中，采集不同类型车辆在不同载重下不同行驶速度下在桥头跳车处的振动特性指标值。

在一些实施例中，选取捷联惯性导航系统的x、y、z三轴向加速度值作为基础数据。

在框704，计算桥头搭板与道路衔接处的振动加速度特征值；

在一些实施例中，振动加速度特征值at＝|xmax-xmin|+|ymax-ymin|+|zmax-zmin|；

其中，

xmax，xmin——x轴向加速度突变处最大值和最小值；

ymax，ymin——x轴向加速度突变处最大值和最小值；

zmax，zmin——x轴向加速度突变处最大值和最小值。

在框706，将所述振动加速度特征值代入预设的路段弯沉差与振动加速度特征值的关系模型，得到对应的路段弯沉差；

在一些实施例中，根据所述振动加速度特征值，带入对应车辆行驶速度下的预设的路段弯沉差与振动加速度特征值的关系模型，得到对应的路段弯沉差。

在一些实施例中，选取多处刚刚产生细微高差变化的搭板与道路衔接处的桥头，进行动态弯沉测试，取多处的弯沉差平均值作为评判参考值。

在框708，若对应的路段弯沉差大于预设的评判参考值，则判断对应的路段易产生二次跳车病害。

根据本公开的实施例，实现了以下技术效果：

本公开的实施例的技术方案的研究与验证在国家科学自然基金面上项目“基于行车大数据的路面性能及其行车舒适性评价理论和方法研究”，项目编号：51778027中得到了资助；

能够快速、智能化地检测桥头跳车并对其进行分析和量化，为桥梁养护提供了有针对性地检测结果，极大地节约了检测和养护的人力成本；

提高了检测精度，降低了漏检率和误报率，有利于桥梁养护单位确定科学合理地养护对策，减少无谓的费用支出，提高了桥梁检测和养护的经济效益。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本公开并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本公开，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本公开所必须的。

以上是关于方法实施例的介绍，以下通过装置实施例，对本公开所述方案进行进一步说明。

图8示出了根据本公开的实施例的桥头二次跳车病害测试装置800的方框图。如图8所示，装置800包括：

振动特性指标值采集模块802，用于采用捷联惯性导航系统采集车辆在待进行质量检验评定的桥头搭板与道路衔接处的振动特性指标值；

振动加速度特征值计算模块804，用于计算桥头搭板与道路衔接处的振动加速度特征值；

弯沉差计算模块806，用于将所述振动加速度特征值代入预设的桥头搭板与道路衔接处弯沉差与振动加速度特征值的关系模型，得到对应的路段弯沉差；

判断模块808，用于若对应的路段弯沉差大于预设的评判参考值，则判断对应的路段易产生二次跳车病害。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，所述描述的模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

图9示出了可以用来实施本公开的实施例的电子设备900的示意性框图。如图所示，设备900包括cpu901，其可以根据存储在rom902中的计算机程序指令或者从存储单元908加载到ram903中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在ram903中，还可以存储设备900操作所需的各种程序和数据。cpu901、rom902以及ram903通过总线904彼此相连。i/o接口905也连接至总线904。

设备900中的多个部件连接至i/o接口905，包括：输入单元906，例如键盘、鼠标等；输出单元907，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元908，例如磁盘、光盘等；以及通信单元909，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元909允许设备900通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

处理单元901执行上文所描述的各个方法和处理，例如方法300、700。例如，在一些实施例中，方法300、700可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元908。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom902和/或通信单元909而被载入和/或安装到设备900上。当计算机程序加载到ram903并由cpu901执行时，可以执行上文描述的方法300、700的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，cpu901可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法300、700。

本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、片上系统(soc)、复杂可编程逻辑器件(cpld)等等。

用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、ram、rom、eprom、光纤、cd-rom、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这应当理解为要求这样操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行，或者要求所有图示的操作应被执行以取得期望的结果。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实现中。相反地，在单个实现的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实现中。

尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。