專利名稱：道路中路面的識別方法及系統(tǒng)的制作方法
道路中路面的識別方法及系統(tǒng)技術領域：
本發(fā)明涉及信號處理技術，特別是涉及一種道路中路面的識別方法及系統(tǒng)。背景技術：
隨著城市發(fā)展速度的加快，道路中路面狀況的監(jiān)測識別已經(jīng)成為促進城市快速發(fā)展的重要因素。傳統(tǒng)的路面識別是通過人工抽查和群眾自發(fā)報告來實現(xiàn)的，但是由于存在著監(jiān)測效率低等諸多缺陷而無法路面狀況監(jiān)測識別的需要。因此，目前又采用了傳感器來識別道路中路面的狀況。
大量的傳感器被安裝于移動的車輛上，以通過這些車載的傳感器和GPS設備來采集道路中路面信息，然后對這些粗糙的路面信息進行信號處理得到檢測結果，并將檢測結果傳輸?shù)胶笈_的中心服務器，通過濾波器進行數(shù)據(jù)篩選和融合，所輸出的融合結果即為路面中坑等異常事件。盡管對采集到的路面信息通過濾波器進行了層層篩選，并將篩選得到的數(shù)據(jù)進行了融合，還是無法正確識別路面中出現(xiàn)坑、減速帶等異常事件。
發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要提供一種能提高識別精確度的道路中路面的識別方法。
此外，還有必要提供一種能提高識別精確度的道路中路面的識別系統(tǒng)。
一種道路中路面的識別方法，包括如下步驟
采集路面的振動信號；
對所述采集到的振動信號進行經(jīng)驗模態(tài)分解得到本征模式函數(shù)分量；
計算每一振動信號中預設數(shù)量的本征模式函數(shù)分量所對應的特征；
通過振動信號中本征模式函數(shù)分量所對應的特征識別出振動信號對應的路面事件。
優(yōu)選地，所述本征模式函數(shù)分量所對應的特征為能量或能量矩。
優(yōu)選地，所述本征模式函數(shù)分量所對應的特征為能量，所述通過振動信號中本征模式函數(shù)分量所對應的特征識別出振動信號對應的路面事件的步驟為
根據(jù)振動信號中本征模式函數(shù)分量所對應的能量獲取振動信號中的能量分布；
通過所述振動信號中的能量分布識別出對應的路面事件。
優(yōu)選地，所述通過振動信號中本征模式函數(shù)分量所對應的特征識別出振動信號對應的路面事件的步驟為
根據(jù)所述振動信號中本征模式函數(shù)分量所對應的特征構造所述振動信號的特征向量；
對所述振動信號的特征向量進行歸一化處理；
將所述歸一化處理后的特征向量輸入支持向量機進行路面事件的分類。
優(yōu)選地，所述將所述歸一化處理后的特征向量輸入支持向量機進行路面事件的分類的步驟之前還包括
建立支持向量機；
獲取路面事件的特征向量，并將所述路面事件的特征向量輸入所述支持向量機中訓練所述支持向量機。
一種道路中路面的識別系統(tǒng)，包括
采集模塊，用于采集路面的振動信號；
分解模塊，用于對所述采集到的振動信號進行經(jīng)驗模態(tài)分解得到本征模式函數(shù)分量；
特征計算模塊，用于計算每一振動中預設數(shù)量的本征模式函數(shù)分量所對應的特征；
處理模塊，用于通過振動信號中本征模式函數(shù)分量所對應的特征識別出振動信號對應的路面事件。
優(yōu)選地，所述特征計算模塊所計算的特征為能量或能量矩。
優(yōu)選地，所述特征計算模塊所計算得到的特征為能量，所述處理模塊包括
分布獲取單元，用于根據(jù)振動信號中本征模式函數(shù)分量所對應的能量獲取振動信號中的能量分布；
識別單元，用于通過所述振動信號中的能量分布識別出對應的路面事件。
優(yōu)選地，所述處理模塊包括
特征構造單元，用于根據(jù)所述振動信號中本征模式函數(shù)分量所對應的特征構造所述振動信號的特征向量；
歸一處理單元，用于對所述振動信號的特征向量進行歸一化處理；
分類單元，用于將所述歸一化處理后的特征向量輸入支持向量機進行路面事件的分類。
優(yōu)選地，所述處理模塊還包括
建立單元，用于建立支持向量機；
訓練單元，用于獲取路面事件的特征向量，并將所述路面事件的特征向量輸入所述支持向量機中訓練所述支持向量機。
上述道路中路面的識別方法及系統(tǒng)中，由于采集到的振動信號是不平穩(wěn)的，通過經(jīng)驗模態(tài)分解的方式對振動信號進行分解，實現(xiàn)了振動信號的平穩(wěn)化處理，并根據(jù)相應的特征識別出振動信號所對應的路面事件，有效地提高了識別精確度。

圖1為一個實施例中道路中路面的識別方法的流程圖2為一個實施例中通過振動信號中本征模式函數(shù)分量所對應的特征識別出振動信號對應的路面事件的方法流程圖3為另一個實施例中通過振動信號中本征模式函數(shù)分量所對應的特征識別出振動信號對應的路面事件的方法流程圖4為一個實施例中支持向量機的分類原理圖5為另一個實施例中通過振動信號中本征模式函數(shù)分量所對應的特征識別出振動信號對應的路面事件的方法流程圖6為一個實施例中道路中路面的識別系統(tǒng)的結構示意圖7為一個實施例中處理模塊的結構示意圖8為另一個實施例中處理模塊的結構示意圖9為另一個實施例中處理模塊的結構示意圖10為一個實施例中支持向量機的分類結果示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，在一個實施例中，一種道路中路面的識別方法，包括如下步驟
步驟Sl 10，采集路面的振動信號。
本實施例中，可以通過3D加速度傳感器來進行振動信號的采集，3D加速度傳感器安裝于行駛的車輛中，3個軸分別用于描述車輛的前后方向(X軸)、左右方向(Y軸)以及重力方向(Z軸)，行駛于道路路面上的車輛經(jīng)過坑、減速帶以及井蓋等異常路面時產(chǎn)生的振動信號均被3D加速度傳感器的3個軸采集到。
步驟S130，對采集到的振動信號進行經(jīng)驗模態(tài)分解得到本征模式函數(shù)分量。
本實施例中，采集到的振動信號不僅僅反映了道路路面的損壞狀況，還反映了車輛加速、剎車、拐彎以及車輛經(jīng)過減速帶等現(xiàn)象，且具有非平穩(wěn)特征，所能夠反映道路路面狀況的能量也很微弱，給道路中路面的識別帶來了困難。
因此，如何從非平穩(wěn)的振動信號中提取出反映道路路面狀況的特征是道路中路面識別的關鍵。在傳統(tǒng)的路面損壞檢測方法中常常通過對振動信號進行時域和頻域分析實現(xiàn)路面中坑、減速帶等異常事件的辨識，但是由于車速、車輛的負重以及司機開車的方式等因素對振動信號的不同影響，僅僅在時域和頻域進行振動信號的辨識是非常困難的。
而經(jīng)驗模態(tài)分解(Empirical Mode Decomposition，簡稱EMD)是適用于非線性、非平穩(wěn)信號的信號處理方法。為提高道路中路面識別的正確率，可通過經(jīng)驗模態(tài)分解的方式進行振動信號的分解，將采集到的振動信號這一非平穩(wěn)信號進行平穩(wěn)化處理，得到若干個平穩(wěn)的本征模式函數(shù)(Intrinsic Mode Function，簡稱IMF)分量。
進一步的，在一個實施例中，經(jīng)驗模態(tài)分解的方法本質(zhì)上是將振動信號從不同尺度的波動或趨勢逐級分解開來，所得到的本征模式函數(shù)分量必須滿足以下性質(zhì)
(1)極值點個數(shù)和零值點個數(shù)必須相同或最多相差一個；
(2)由局部極大值構成的上包絡線和局部極小值構成的下包絡線關于時間軸對稱，即其平均值為零。
上述步驟S130的具體過程為找出振動信號中數(shù)據(jù)序列X(t)的所有極大值點， 求出所有極大值點構成的上包絡線和所有極小值點構成的下包絡線，并得到上包絡線和下包絡線的均值，即平均包絡m(t)，進而將數(shù)據(jù)序列X(t)與平均包絡相減得到新的數(shù)據(jù)序列 h(t)，即
h(t) = X(t)-m(t)
然后判斷新的數(shù)據(jù)序列h(t)是否滿足本征模式函數(shù)分量的性質(zhì)，若不滿足則需要繼續(xù)按照上述過程對h(t)進行分解，若新的數(shù)據(jù)序列h(t)滿足了本征模式函數(shù)分量的性質(zhì)，則說明這一新的數(shù)據(jù)序列h(t)是一個本征模式函數(shù)分量。此外，由于經(jīng)驗模態(tài)分解的過程可以得到若干個本征模式函數(shù)分量和余項，若分解得到的殘余信號分量r(t)的極值點數(shù)小于3時分解也將結束，即
權利要求
1.一種道路中路面的識別方法，包括如下步驟 采集路面的振動信號；對所述采集到的振動信號進行經(jīng)驗模態(tài)分解得到本征模式函數(shù)分量；計算每一振動信號中預設數(shù)量的本征模式函數(shù)分量所對應的特征；通過振動信號中本征模式函數(shù)分量所對應的特征識別出振動信號對應的路面事件。
2.根據(jù)權利要求1所述的道路中路面的識別方法，其特征在于，所述本征模式函數(shù)分量所對應的特征為能量或能量矩。
3.根據(jù)權利要求2所述的道路中路面的識別方法，其特征在于，所述本征模式函數(shù)分量所對應的特征為能量，所述通過振動信號中本征模式函數(shù)分量所對應的特征識別出振動信號對應的路面事件的步驟為根據(jù)振動信號中本征模式函數(shù)分量所對應的能量獲取振動信號中的能量分布； 通過所述振動信號中的能量分布識別出對應的路面事件。
4.根據(jù)權利要求1所述的道路中路面的識別方法，其特征在于，所述通過振動信號中本征模式函數(shù)分量所對應的特征識別出振動信號對應的路面事件的步驟為根據(jù)所述振動信號中本征模式函數(shù)分量所對應的特征構造所述振動信號的特征向量；對所述振動信號的特征向量進行歸一化處理；將所述歸一化處理后的特征向量輸入支持向量機進行路面事件的分類。
5.根據(jù)權利要求4所述的道路中路面的識別方法，其特征在于，所述將所述歸一化處理后的特征向量輸入支持向量機進行路面事件的分類的步驟之前還包括建立支持向量機；獲取路面事件的特征向量，并將所述路面事件的特征向量輸入所述支持向量機中訓練所述支持向量機。
6.一種道路中路面的識別系統(tǒng)，其特征在于，包括 采集模塊，用于采集路面的振動信號；分解模塊，用于對所述采集到的振動信號進行經(jīng)驗模態(tài)分解得到本征模式函數(shù)分量； 特征計算模塊，用于計算每一振動中預設數(shù)量的本征模式函數(shù)分量所對應的特征； 處理模塊，用于通過振動信號中本征模式函數(shù)分量所對應的特征識別出振動信號對應的路面事件。
7.根據(jù)權利要求6所述的道路中路面的識別系統(tǒng)，其特征在于，所述特征計算模塊所計算的特征為能量或能量矩。
8.根據(jù)權利要求7所述的道路中路面的識別系統(tǒng)，其特征在于，所述特征計算模塊所計算得到的特征為能量，所述處理模塊包括分布獲取單元，用于根據(jù)振動信號中本征模式函數(shù)分量所對應的能量獲取振動信號中的能量分布；識別單元，用于通過所述振動信號中的能量分布識別出對應的路面事件。
9.根據(jù)權利要求6所述的道路中路面的識別系統(tǒng)，其特征在于，所述處理模塊包括 特征構造單元，用于根據(jù)所述振動信號中本征模式函數(shù)分量所對應的特征構造所述振動信號的特征向量；歸一處理單元，用于對所述振動信號的特征向量進行歸一化處理；分類單元，用于將所述歸一化處理后的特征向量輸入支持向量機進行路面事件的分類。
10.根據(jù)權利要求9所述的道路中路面的識別系統(tǒng)，其特征在于，所述處理模塊還包括建立單元，用于建立支持向量機；訓練單元，用于獲取路面事件的特征向量，并將所述路面事件的特征向量輸入所述支持向量機中訓練所述支持向量機。
全文摘要
一種道路中路面的識別方法，包括如下步驟采集路面的振動信號；對所述采集到的振動信號進行經(jīng)驗模態(tài)分解得到本征模式函數(shù)分量；計算每一振動信號中預設數(shù)量的本征模式函數(shù)分量所對應的特征；通過振動信號中本征模式函數(shù)分量所對應的特征識別出振動信號對應的路面事件。上述道路中路面的識別方法及系統(tǒng)中，由于采集到的振動信號是不平穩(wěn)的，通過經(jīng)驗模態(tài)分解的方式對振動信號進行分解，實現(xiàn)了振動信號的平穩(wěn)化處理，并根據(jù)相應的特征識別出振動信號所對應的路面事件，有效地提高了識別精確度。
文檔編號G01H17/00GK102519577SQ20111039880
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月5日 優(yōu)先權日2011年12月5日
發(fā)明者陳孔陽, 魏明明, 魯鳴鳴, 黃曉霞 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院