路面不平度的分形重构方法研究

摘要

在车辆工程研究领域，路面不平度是车辆运行环境中的主要因素，是车辆行驶的主要激励和振动源，路面不平使车辆在行驶中产生行驶阻力和振动，行驶阻力消耗车辆的功率并且影响车辆动力系统和传动系统的寿命。在道路工程领域，路面不平度也是国内外路面工程质量的评定指标之一，不平度检测贯穿于路面施工质量检测、评定、验收及运营期路面质量检测维护等环节。研究分析路面不平度、建立合理的路面重构模型对车辆工程和道路工程领域均具有重要意义。
　　 本文围绕路面不平度分形特征、路面不平度分形模型等技术内容进行了深入和系统的研究。具体工作如下：
　　 介绍了路面不平度的采集系统一非接触式激光不平度检测仪的结构和原理，并给出通过激光不平度检测仪测得的部分典型道路的路面不平度数据。然后对实测路面不平度数据进行功率谱分析，结果表明，路面不平度具有明显的分形特性，即尺度(空间频率)与测度(功率谱)在双对数坐标上呈线性关系。
　　 对不同的分形维数计算方法进行比分析，结果表明对于标准等级使用功率谱法求取其分形维数；对于实测路面，基于均方根法的精度稳定性，在研究其分形特性时宜采用均方根法。通过路面不平度的分级图分析发现，分形维数不能唯一确定某一路面不平度状况，即分形维数在表征实测路面不平度中存在相对性。通过分析路面等级划分规律、均方根法的求取过程，发现对于标准等级路面可以采用分形维数和路面不平度系数来唯一表征路面不平度，而对于实测路面不平度，则宜采用分形维数以及拟合直线在纵坐标上的截距来唯一的表征路面不平度。
　　 提出利用理想分形曲线对路面不平度进行一维重构。通过求解理想分形曲线的分形参数，分别对标准等级路面和实测路面进行了一维重构，通过功率谱对比和相对误差分析表明建立的一维路面不平度模型精度较高。
　　 对于二维路面不平度的重构，采用了基于分形布朗运动的随机中点位移的插值算法通过求解分形参数和路面方差，分别建立了标准等级路面和实测路面的重构模型，并通过任意纵断面的功率谱与目标功率谱的对比和相对误差分析证明建立的二维路面不平度重构模型的统计特性可以很好的接近目标路面不平度的统计特性，模型精度较高。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1本文研究的目的与意义

1.2国内外的研究现状

1.2.1路面不平度分析方法研究现状

1.2.2路面不平度重构方法的综述

1.2.3分形理论在路面不平度研究中的应用现状

1.3本文的研究内容

第二章路面不平度数据采集与表征参数分析

2.1路面不平度的测量方法

2.1.1静态纵断面测量

2.1.2动态纵断面测量

2.1.3动态响应类不平度测量

2.2道路谱综合检测系统

2.2.1道路谱综合检测系统介绍

2.2.2多功能激光路面检测仪

2.2.3路面不平度测量

2.3路面不平度的表征参数分析

2.3.1路面功率谱密度

2.3.2实测路面的功率谱密度

2.4本章小结

第三章路面不平度的分形特性研究

3.1路面不平度分形维数的确定方法

3.1.1分形维数确定定方法介绍

3.1.2不同分形维数确定方法的比较

3.3路面不平度的分形维数

3.3.1路面不平度的分形维数

3.3.2分形维数的相对性

3.4本章小结

第四章一维路面不平度分形重构

4.1引言

4.2 W-M分形函数及其功率谱性质

4.2.1 W-M分形函数

4.2.2 W-M函数的功率谱性质

4.3路面不平的一维分形重构

4.3.1标准路面的一维重构

4.3.2实测路面的一维分形重构

4.4本章小结

第五章二维路面不平度的分形重构

5.1引言

5.2基于IFS方法的DEM内插算法

5.2.1分形插值函数与公式

5.2.2分形插值曲面

5.3基于fBm的内插算法

5.3.1分形布朗运动的数学模型

5.3.2二维fBm及其功率谱性质

5.3.3基于fBm理论的分形算法

5.4随机中点位移算法

5.4.1随机中点位移算法实现

5.4.2随机数的生成方法

5.5二维路面不平度重构

5.5.1分形参数的提取以及计算方法

5.5.2路面不平度的二维重构

5.6任意采样间隔路面模型构建分析

5.7本章小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2本文的创新点

6.3展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的论文