一种用于道路状态评估的主动激振检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于道路状态评估检测领域。
【背景技术】
[0002]道路是国家最为重要的基础设施之一，是交通建设的主要内容，与人们的生活紧密相关。然而，道路在使用过程中不可避免的受到各种人为因素以及自然因素的不利影响。路基土含水率的变化、冻融循环、路面磨损以及路基下部或周边的施工等扰动，都会导致道路状态发生改变，安全性能的下降。路面大面积塌陷等事故国内外屡见不鲜，此类事故不仅造成了人身及财产损失，而且给社会带来了巨大的负面影响，引发了民众对道路安全隐患的进一步担忧。因此，定期对现有道路进行状态评估是十分必要的。
[0003]目前，现有的道路评估检测手段主要分为有损伤检测和无损伤检测两种。有损伤检测如钻芯法，其费用较高，耗时较长，人力需求多，且对道路路面造成局部损伤，因而大面积的钻芯取样是不现实的。基于各种弯沉仪的评估方法属于无损检测，但其存在检测速度慢，实时性差，准确性低等缺点。基于波的传播理论进行路面检测的雷达检测和超声波检测，其人为影响因素较多，介质特性对检测效果影响较大，不同介质波的衰减也各不相同，因此测量结果的误差较大。当路面下部介质性状变化较小或者刚出现变化趋势时，雷达检测和超声波检测较难发现介质性状的改变，因此，不适于道路脱空等危险情况的早期评估。而牵引车与拖车组成的道路检测系统，受室外环境影响较大，仅能在天气较好的情况下进行检测；而牵引机动车自身的振动必然会影响拖车及拖车与路面接触处的振动响应。因此，这种组合式的检测系统自身振动特性对评估结果的影响很难估计。此外，各种智能道路检测车在国内外市场上也有应用，最具代表性的是加拿大ARAN (Automatic Road Analyzer)多功能道路检测车，具有实现道路全景摄像、路网规划、路面行驶质量及路面抗滑评估等功能，一般在道路管理系统中应用较多。但其无法对路面结构内部的损伤情况进行检测，如路面结构或道路内部开裂程度、路基是否存在脱空等重要指标，而智能检测车昂贵的造价使其应用无法大面积推广。上述几种道路检测方法，都无法就路基是否脱空给出判别。
[0004]鉴于上述情况，急需研发一种准确性高、实时性好、操作方便快捷、成本低廉的道路状态评估的检测方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决现有道路状态检测方法准确性低、实时性差、成本高，且不能进行路基是否脱空检测的问题，本发明提供一种用于道路状态评估的主动激振检测系统。
[0006]本发明的一种用于道路状态评估的主动激振检测系统，
[0007]所述系统包括移动电动车、激振系统、信号采集系统、GPS系统和信号处理系统；
[0008]所述移动电动车，行驶在待检测的道路上，激振系统、信号采集系统、GPS系统和信号处理系统均安装在移动电动车内；
[0009]激振系统，用于对移动电动车施加连续激振，并将该激振作用传递给待检测的道路上;
[0010]信号采集系统，用于采集激振系统作用下，移动电动车行驶过程中的动态响应信号、激振系统的传力信号，并将信号发送给信号处理系统；
[0011]GPS系统，用于记录移动电动车的行驶轨迹、行驶速度和位置信息，并将记录的信息发送给信号处理系统；
[0012]信号处理系统，接收信号采集系统和GPS系统发送的信号，根据接收的响应信号和传力信号对道路状态进行评估，并结合行驶轨迹、行驶速度和位置信息，评估道路是否存在异常，判定路基是否存在脱空现象。
[0013]通过控制激振系统的激振频率和激振幅值，使移动电动车的车轮与路面始终保持接触状态。
[0014]通过控制激振系统的激振频率，使激振频率与道路局部模态频率一致，产生局部模态的共振；通过控制激振频率的幅值，使道路的位移满足正常使用要求限制，不产生道路损伤。
[0015]所述激振系统设置于移动电动车的底盘上，并位于底盘的中轴线上，激振系统的激振端与移动电动车的底盘连接。
[0016]所述信号采集系统包括信号获取装置和信号转换装置；
[0017]所述信号获取装置包括电动车的响应信号获取装置和激振系统的传力获取装置；
[0018]电动车的响应信号获取装置设置在移动电动车上，用于获取移动电动车在行驶过程中的动态响应信号；
[0019]激振系统的传力获取装置，设置于激振系统与移动电动车的连接部位，用于获取激振系统与移动电动车之间相互作用的传力的信号；
[0020]信号转换装置，将信号获取装置获取的信号转换成电信号后并发送给信号处理系统。
[0021]所述信号获取装置包括一个或多个电动车的响应信号获取装置，电动车的响应信号获取装置安装在移动电动车的底盘或车顶上；
[0022]当仅有一个电动车的响应信号获取装置时，设置在移动电动车底盘上；
[0023]当采用多个电动车的响应信号获取装置时，应以移动电动车车体竖向中轴线和水平中轴线为基准对称设置。
[0024]所述信号处理系统包括信号分析装置和分析结果输出装置；
[0025]信号分析装置，根据接收的信号，对比响应信号的时域特征和频域特征的变化，分析并评估路面粗糙度、路面损伤程度以及路基是否存在脱空，并结合行驶轨迹、行驶速度和位置信息，确定道路状态异常的具体位置；
[0026]分析结果输出装置，用于输出道路状态评估的分析结果。
[0027]所述信号分析装置，根据接收的信号，对比响应信号的时域特征和频域特征的变化，分析并评估路面粗糙度、路面损伤程度以及路基是否存在脱空，并结合行驶轨迹、行驶速度和位置信息，确定道路状态异常的具体位置的过程包括:
[0028]对接收的信号进行分段处理，通过GPS系统记录的行驶轨迹、行驶速度和位置信息对每段数据进行定位；对每段信号进行频域分析，获取频谱曲线，比较频谱曲线的变化，标记存在异常的信号；对标记存在异常的信号，采用基于频域信息的识别方法判别道路是否存在异常，并定量计算路面的粗糙度、路面损伤程度和路基脱空的具体位置。
[0029]所述信号分析装置，根据接收的信号，对比响应信号的时域特征和频域特征的变化，分析并评估路面粗糙度、路面损伤程度以及路基是否存在脱空，并结合行驶轨迹、行驶速度和位置信息，确定道路状态异常的具体位置的过程包括:
[0030]对接收的信号进行分段处理，通过GPS系统记录的行驶轨迹、行驶速度和位置信息对每段数据进行定位；分别建立分段后的各路段模型，采用基于时域信息的识别方法判别道路是否存在异常，并定量计算路面的粗糙度、路面损伤程度和路基脱空的具体位置。
[0031]所述信号分析装置，根据接收的信号，对比响应信号的时域特征和频域特征的变化，分析并评估路面粗糙度、路面损伤程度以及路基是否存在脱空，并结合行驶轨迹、行驶速度和位置信息，确定道路状态异常的具体位置的过程包括:
[0032]对接收的信号进行分段处理，通过GPS系统记录的行驶轨迹、行驶速度和位置信息对每段数据进行定位；对每段信号进行频域分析，获取频谱曲线，比较频谱曲线的变化，标记存在异常的信号；对存在异常的信号段进行时域分析，建立路段模型，采用基于时域信息和频域信息相结合的识别方法判别道路是否存在异常，并定量计算路面的粗糙度、路面损伤程度和路基脱空的具体位置。
[0033]本发明的有益效果在于，
[0034]1、基于道路状态评估的主动激振检测系统有其完备的理论基础。电动车在道路上行驶一遍，即可