交运学院设控专业基于GPS和超声波回弹综合预警道路坑洼障碍的研究朱浩铭.doc

重庆交通大学第五届全国交通科技大赛 暨第十一届全国大学生交通科技大赛 项目名称 论文作者： 朱浩铭 刘紫扬 付榆 杨洋 指导教师： 杨磊 竞赛小组：交通 研究背景 目前，有很多司机开车时会发现路面坑洼对汽车非常损耗，包括正在学车的人们也会发现机动车考试中会出现，下雨天低速行驶的原因是地面积水会把地面的坑洼掩盖住看不见，导致司机开车进入坑洼使汽车受损，出现爆胎问题，从而带来交通堵塞等一系列问题，有数据显示，同一辆时速40公里机动车排污量高于时速80公里机动车排污量的30%，时速20公里机动车排污量高出时速80公里排污量70%，由此可见，车速对汽车排污量有着很大的影响，道路坑洼导致整体流速下降，频繁刹车和启动会大大增加耗油量，造成的污染必然倍增，如果道路坑洼严重，车速过快，将直接威胁驾驶员及乘客的安全。为此在智能交通行业发达的欧洲、美国、日本便致力于研究新的技术用于防止道路坑洼、障碍对汽车行驶过程中的危险的发生，日前，英国捷豹路虎研究人员正在研究如何通过云技术，让所有车辆都可以共享路面数据，从而及时向驾驶人员发出坑洼路面的预警 捷豹路虎与考文垂市议会开展合作项目，研究如何通过与道路主管机关的数据共享，提高道路维护的速度和效率。捷豹路虎正在研究一项新的车载互联技术，该技术使得车辆能够探测出坑洼路面、破损的排水渠盖与井盖的位置及严重程度，并通过云技术与其它车辆和道路主管部门实时分享这些数据。道路主管部门则可根据数据反馈，判断出哪些道路需要优先展开维护工作如果能收到其它车辆发出“前方道路有严重坑洼路面或井盖破损情况”的警示，行车驾驶员就能通过减速来避开危险——或通过调整悬挂设置，降低路面对车辆的影响，确保驾驶稳定性，从而减少爆胎、车轮与车辆损坏以及道路交通事故的发生。 但是，“目前，最精确的数据只能来源于车辆已经通过坑洼路面或破损井盖。”Mike Bell博士补充道，“因此我们正在研究如何通过扫描前方道路的路况，改进对坑洼路面的检测及其准确度，以便车辆提前知晓前方坑洼的严重程度。”由此，我们可以知道捷豹路虎试图通过云技术让所有汽车达到资源共享，通过调研，结合国内外的研究现状，我们认为采用由超声波回弹综合原理制成的车载装备结合GPS定位系统便可以实现对道路坑洼、障碍的检测，从而预警提醒驾驶人员，此车载装备主要利用回声定位原理，通过对数据的处理，采用A/D转换技术，使其具有精准定位导航、规划路线、探测障碍、定位追踪、普遍便捷等诸多优点。 2.设计原理 2.1超声回弹综合技术： 超声回弹综合技术是目前我国使用较广的一种结构中混凝土强度非破损检测方法。我们小组运用这个技术来检测路面的抗压程度以及路面的井盖是否破损。超声回弹综合法，将反应结构内部质量的超声波声速值和表面硬度的回弹值科学的融合起来，同时避免了表面碳化对混凝土整体强度推定的影响，由此推定的混凝土抗压强度，与单一方法比较，检测结果更为接近混凝土的真实强度。 图1-1 这个就是超声回弹仪的样子，它大概有一下几种功能：1、超声综合法检测混凝土抗压强度；2、混凝土结构内部缺陷；3、混凝土构件裂缝深度；4、混凝土基桩完整性。 我们小组就运用这个技术来检测前方的道路是否可以允许汽车通过，比如过一座桥时，通过这个仪器检测出来桥的承重能力是否可以接受这辆汽车的重量。如下图 图1-2 又比如前方的道路上井盖破损而又是晚上，司机无法看清，那么这个仪器也起到了提醒的功能，它可以提前探测出前方道路有问题并及时提醒司机。如下图 图1-3 2.2 GPS技术运用：全球定位系统（GPS，Global Positioning System）是一种卫星导航系统。卫星导航系统通过接受导航卫星发送的导航定位信号并以导航卫星作为动态已知点，实时地测定运动载体的在航位置和速度，进而完成导航。 GPS有以下几个特点：1、全球地面连续覆盖。由于GPS卫星的数目较多，且分布合理，所以地球上任何地点均可以同时观测到至少4颗卫星，从而保障了全球全天候连续地三维定位。 功能多，精密高。GPS可为各类用户连续地提供动态的三维位置、速度和时间信息。利用C/A码单点定位精确可达到0.3m/s，测时精度可达到500ns。利用P码单点定位可达到3m，测速精度可达到0.1m/s，测时精度可达到100ns。 实时定位。利用GPS导航可以实时地确定运动目标的三维位置和速度，由此既可保障运动载体沿预定航线运行，也可实时监视和修正航行路线，并可选