《基于Android和和百度SDK的路面平整度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)》14000字

基于Android和和百度SDK的路面平整度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要路面的平整度測(cè)量一般指測(cè)量路面與表層間的縱向凹凸度的偏差值。作為目前路面質(zhì)量評(píng)定的主要技術(shù)指標(biāo)之一，它直接地影響著人們的日常行車安全、行車舒適度。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅捷發(fā)展,城市化進(jìn)程加快,城市建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大,道路交通量也隨之不斷增加。道路作為人們?nèi)粘３鲂斜亟?jīng)之地之一,對(duì)路面平整度有著很高要求。傳統(tǒng)的路面平整度測(cè)量方法需要專業(yè)人士以及相關(guān)的專業(yè)設(shè)備支持,通常數(shù)據(jù)更新慢、測(cè)量成本高以及數(shù)據(jù)不會(huì)對(duì)外開(kāi)放，這些問(wèn)題使得傳統(tǒng)的測(cè)量方法周期長(zhǎng)，效率低下，與路面平整度數(shù)據(jù)日益增長(zhǎng)的更新需求相沖突。目前，智能手機(jī)中已經(jīng)成功集成了眾多傳感器,部分傳感器可以為估算路面平整度提供必要的數(shù)據(jù)。本文研究新興的路面平整度測(cè)量方法,基于Android和百度SDK自行研究開(kāi)發(fā)了一個(gè)安卓APP，名為"平整度助理"。該軟件實(shí)現(xiàn)了平整度數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化三個(gè)功能。數(shù)據(jù)采集主要是采集智能手機(jī)XYZ軸加速度、平整度估計(jì)值、當(dāng)前位置的經(jīng)緯度以及當(dāng)前位置的街道名稱;其中，XYZ軸的加速度是通過(guò)加速度傳感器采集獲取,平整度估計(jì)值是通過(guò)Z軸加速度結(jié)合公式計(jì)算而來(lái),經(jīng)緯度以及街道名稱主要是通過(guò)GPS傳感器獲取。數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化主要通過(guò)SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)和百度地圖的SDK實(shí)現(xiàn)的；首先由SQLite接收采集的數(shù)據(jù)并將其儲(chǔ)存在建立好的數(shù)據(jù)庫(kù)的表格之中，然后根據(jù)百度地圖SDK實(shí)現(xiàn)平整度估計(jì)值分級(jí)曲線在百度地圖上的繪制顯現(xiàn)功能，最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到分級(jí)指標(biāo)，并利用該功能結(jié)合SQLite中的數(shù)據(jù)繪制并顯示分級(jí)曲線完成數(shù)據(jù)可視化。在實(shí)例分析中，以美團(tuán)共享單車為實(shí)驗(yàn)工具，對(duì)所開(kāi)發(fā)的“平整度助理”的數(shù)據(jù)采集功能和數(shù)據(jù)可視化功能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，“平整度助理”能夠完成正常道路上的數(shù)據(jù)采集工作，并能夠正常地繪制分級(jí)曲線且清晰地在百度地圖上顯示。目錄TOC\o"1-3"\h\u121501緒論 74841.1研究背景 767561.2研究現(xiàn)狀 7174651.3研究?jī)?nèi)容 8175781.3.1主要內(nèi)容 84401.3.2研究路線 999532相關(guān)概念及關(guān)鍵技術(shù) 1071972.1路面平整度概念 10248822.1.1路面平整度定義 10273382.1.2國(guó)際平整度指數(shù)IRI 11117542.2.3豎直加速度均方根RMSVA 12177932.2使用智能手機(jī)測(cè)量路面平整度 1266002.2.1數(shù)據(jù)采集 12209912.2.2預(yù)處理 13142452.2.3數(shù)據(jù)處理 1349972.3地理位置服務(wù)LBS 14292793.平整度測(cè)量軟件開(kāi)發(fā) 15295823.1軟件架構(gòu) 15305223.2用戶界面模塊 17300153.2.1功能分區(qū) 17174153.2.2實(shí)現(xiàn)底部導(dǎo)航功能 1744393.2.3Fragment相關(guān)知識(shí)介紹 19327303.3數(shù)據(jù)采集模塊 19262853.3.1智能手機(jī)的加速度傳感器介紹 19148663.3.2動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集 2029353.3.3位置數(shù)據(jù)的采集 21192003.3.4程序?qū)崿F(xiàn) 22281423.4數(shù)據(jù)處理模塊 25108693.4.1粗糙指數(shù)RMSVA算法 25263933.4.2實(shí)現(xiàn)周期性處理 27296863.5地圖顯示模塊 28196123.6數(shù)據(jù)可視化模塊 29117603.6.1分級(jí)設(shè)色線的繪制 2962583.6.2繪制函數(shù)的啟動(dòng)按鈕編寫 3175853.7數(shù)據(jù)管理模塊 31121334軟件測(cè)試實(shí)驗(yàn) 3420074.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?34189504.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程 3497794.3實(shí)驗(yàn)分析 34268314.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果 3584515.總結(jié)與展望 3513619參考文獻(xiàn) 371緒論1.1研究背景路面平整度是評(píng)定路面質(zhì)量的三大指數(shù)指標(biāo)（厚度、平整度、壓實(shí)度）之一[3]，因此可以通過(guò)監(jiān)測(cè)路面平整度來(lái)將其作為評(píng)定路面狀況的重要依據(jù)。路面平整度的監(jiān)測(cè)直接關(guān)系到車輛在該路面上行駛的安全性和舒適性。在較為平整的路面上行駛時(shí)，車輛才是處于一個(gè)比較安全的狀態(tài)。路面平整度對(duì)運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)的狀況存在影響。平整度的下滑會(huì)直接導(dǎo)致運(yùn)輸車在路面行駛的車速下降，進(jìn)而導(dǎo)致車輛的運(yùn)營(yíng)成本和時(shí)間陳本增加，對(duì)運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)的狀況會(huì)產(chǎn)生打擊。在肯尼亞、巴西、加勒比海和印度，世界銀行進(jìn)行了關(guān)于油耗和輪耗與平整度相關(guān)性的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，當(dāng)測(cè)試時(shí)的路面平整度開(kāi)始下降時(shí)，車輛的運(yùn)營(yíng)和時(shí)間成本增加了大約15%。[30]基于以上原因，對(duì)于路面平整度的測(cè)量是十分重要的。路面平整度測(cè)量的傳統(tǒng)方法主要分為兩種：斷面類平整度測(cè)量方法和反應(yīng)類平整度測(cè)量方法。在這兩種方法之中有若干典型方法，比如精密水準(zhǔn)儀法、連續(xù)式路面平整度儀法以及車載式顛簸累積儀法。[3]這些測(cè)量方法所用到的設(shè)備都比較昂貴，而且測(cè)量人員必須經(jīng)過(guò)專業(yè)訓(xùn)練，導(dǎo)致測(cè)量方法的成本較高。除此之外，這些測(cè)量方法一般每隔三到四年才能測(cè)一個(gè)車道方向[4]，而現(xiàn)今的路面平整度變化周期短，這導(dǎo)致傳統(tǒng)方法所測(cè)量的數(shù)據(jù)時(shí)效性差，不能很好地適應(yīng)變化較快的路面平整度值。因此，尋找一個(gè)低成本、時(shí)效性高的路面平整度測(cè)量方法替代傳統(tǒng)方法已是大勢(shì)所趨，而利用智能手機(jī)為測(cè)量工具進(jìn)行路面平整度的測(cè)量則可以作為未來(lái)主流路面平整度測(cè)量方法的選擇之一。在智能手機(jī)之中內(nèi)置有多個(gè)傳感器，比如加速度傳感器、GPS傳感器、重力傳感器等，這些傳感器可以實(shí)時(shí)地將測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)接口返回給編寫好的手機(jī)程序，以便于我們能夠隨時(shí)隨地收集與路面平整度有關(guān)的數(shù)據(jù)。與平整的路面相比,智能手機(jī)的加速計(jì)傳感器在車輛通過(guò)坑洼或顛簸時(shí)會(huì)產(chǎn)生顯著的變化[5]。另外，智能手機(jī)可以將收集到的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器中，以便于相關(guān)人員能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步加工處理和分析。1.2研究現(xiàn)狀目前路面平整度測(cè)量的研究主要分為基于傳統(tǒng)測(cè)量方法進(jìn)行研究和基于智能設(shè)備的測(cè)量方法進(jìn)行研究?jī)刹糠帧?.2.1基于傳統(tǒng)測(cè)量方法目前，基于傳統(tǒng)方法測(cè)量路面平整度主要為斷面類與反應(yīng)類測(cè)定平整度兩類方法。[3]斷面類平整度測(cè)定方法主要是通過(guò)測(cè)量道路表面凹凸?fàn)顩r進(jìn)而得到縱斷面，根據(jù)所計(jì)算得到的路面高程差而得出路面平整度狀況[3]，因此它的精確度主要依賴儀器的高程測(cè)量精度，儀器高程測(cè)量精度越高，其精確度也越高。反應(yīng)類平整度測(cè)定方法是通過(guò)測(cè)量車輛的振動(dòng)反應(yīng)，通過(guò)振動(dòng)反應(yīng)進(jìn)而測(cè)量路面平整度的狀況。將使用道路的人群的感受作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，從實(shí)用的角度上來(lái)說(shuō)，這個(gè)方法具有一定的新穎性。但局限于各個(gè)車輛的振動(dòng)模型不相同，因此這類方法十分看重標(biāo)準(zhǔn)。[3]下面就基于測(cè)量?jī)x器介紹幾種常見(jiàn)的傳統(tǒng)的測(cè)量平整度的方法。精密水準(zhǔn)儀法精密水準(zhǔn)儀主要由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器和基座三部分組成。它的測(cè)量的基本原理是：利用水準(zhǔn)器的氣泡居中來(lái)建立水平視線，再通過(guò)水平視線在水準(zhǔn)標(biāo)尺上的讀數(shù)求。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中必須保證該儀器的視準(zhǔn)軸平行于水準(zhǔn)軸，否則會(huì)產(chǎn)生極大的誤差。[3]該方法對(duì)測(cè)量者操作要求較高，且精度較低。圖1.1為精密水準(zhǔn)儀。圖1.1精密水準(zhǔn)儀連續(xù)式路面平整度儀法連續(xù)式路面水平平整度計(jì)以3m長(zhǎng)桁架作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn),中間的機(jī)架則可以收縮或折疊,前后每個(gè)方向均設(shè)4個(gè)人員的行走車輪。前后兩組輪的軸間距離分別為3m,在兩個(gè)機(jī)架中間設(shè)置了一個(gè)可以進(jìn)行起落的測(cè)量輪,該檢查的測(cè)量輪上安裝了一個(gè)位移傳感器和距離檢查傳感器。[3]該儀器的優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行連續(xù)的測(cè)量，比不能連續(xù)測(cè)量的儀器的測(cè)量效率要高。缺點(diǎn)是該儀器的精準(zhǔn)度比較差而且測(cè)量速度較慢，很難在坑坑洼洼以及遭受破壞的路面上進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)該儀器比較沉重，這增加了它的使用難度。圖1.2為連續(xù)式路面平整儀。圖1.2連續(xù)式路面平整儀車載式顛簸累積儀法車載式的顛簸累積儀就是一種通過(guò)測(cè)算裝載該儀器的測(cè)量車輛在經(jīng)過(guò)一個(gè)目標(biāo)道路時(shí)車后軸和動(dòng)力輪的單向位移累積數(shù)值來(lái)測(cè)量路面平整度的一種儀器,由于其所測(cè)量的數(shù)據(jù)與所裝載汽車底盤上的懸架體系特性相關(guān),故這些數(shù)據(jù)都需要進(jìn)行標(biāo)定勘正和換算之后方能夠比較準(zhǔn)確的直接反映出路面的平整度。[3]作為該方法檢測(cè)和測(cè)試工具的車輛都備有激光傳感器、加速度計(jì)、陀螺儀和先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。車輛按照一定的速度在路面上勻速行駛，安裝在汽車底盤上的激光傳感器通過(guò)接收發(fā)射激光束反射回讀書器的角度對(duì)路面進(jìn)行測(cè)量，這個(gè)距離下的信號(hào)同車輛上裝備的加速度傳感器信號(hào)進(jìn)行互差并輸出為路面真實(shí)的段面信號(hào)。斷面信號(hào)是模擬信號(hào)，可以在后續(xù)操作里被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并記錄保存。這個(gè)方法雖然在測(cè)量的效率和精確程度上較高，但是其成本也同樣比較高。圖1.3車載式顛簸累積儀1.2.2基于智能設(shè)備的測(cè)量方法以智能化設(shè)備為工具測(cè)量路面平整度主要為智能手機(jī)和筆記本電腦等，其中以智能手機(jī)最為典型，也是應(yīng)用和研究最廣泛的，其最主要的是基于以下幾個(gè)方面:(1)手機(jī)本身具有很強(qiáng)穩(wěn)定性和可靠性;(2)移動(dòng)過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象;可以通過(guò)控制傳感器來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量并顯示數(shù)據(jù)信息等功能實(shí)現(xiàn)對(duì)路面平整度。因此本部分主要講智能手機(jī)為測(cè)量工具的相關(guān)研究現(xiàn)狀。目前計(jì)算路面平整度最為常見(jiàn)的測(cè)量指標(biāo)是IRI（國(guó)際粗糙指數(shù)）。通過(guò)測(cè)量出由道路的坑洼和駝峰引起的累積垂直位移和總行駛距離，可以計(jì)算出IRI的值。而智能手機(jī)中內(nèi)置有加速度傳感器和GPS傳感器，其中加速度傳感器可以測(cè)出累積的垂直位移，而GPS傳感器則可以測(cè)出總行駛距離。又因?yàn)橹悄苁謾C(jī)的可攜帶性和成本低，因此智能手機(jī)是一個(gè)比較理想的測(cè)試路面平整度的工具。Buttlar等人[7]設(shè)計(jì)出測(cè)量平整度的智能手機(jī)APP，并將其與激光車載斷面儀（見(jiàn)圖1.4）所測(cè)試的IRI實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，得出“在較為平整的國(guó)際路面上,智能手機(jī)app所測(cè)量到的國(guó)際平整度指數(shù)值和由車載激光斷面儀所測(cè)量到的國(guó)際平整度指數(shù)值之間已經(jīng)顯示出很強(qiáng)的相關(guān)性”這一結(jié)論。Douangphachanh等人[10]在兩輛車上進(jìn)行同時(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)M一種名為VIMS的平整度測(cè)量系統(tǒng)——由Tomonori等人[9]設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不論在何種行駛速度下,手機(jī)傳感器采集到的豎直方向加速度數(shù)據(jù)與路面平整度都顯示出很強(qiáng)的相關(guān)性。Mohan等人[11]使用智能手機(jī)的麥克風(fēng)充當(dāng)傳感器來(lái)收集鳴笛聲等數(shù)據(jù)，這增加了智能手機(jī)的傳感器功用?？傊?，以智能手機(jī)為主的基于智能設(shè)備測(cè)量方法這一方面近幾年來(lái)研究比較火熱，有許多人都參與其中的研究。未來(lái)，智能設(shè)備可能會(huì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)備來(lái)完成路面狀況的監(jiān)測(cè)和路面平整度的測(cè)量。1.3研究?jī)?nèi)容1.3.1主要內(nèi)容研究以智能手機(jī)內(nèi)置加速度傳感器和GPS傳感器為測(cè)量工具對(duì)路面平整度的測(cè)量方法并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)評(píng)估其可行性。研究基于AndroidStudio的AndroidApp開(kāi)發(fā)和構(gòu)建，并學(xué)習(xí)Java語(yǔ)言和AndroidSDK;研究基于百度地圖SDK的二次開(kāi)發(fā)和使用。研究可視化所收集的平整度有關(guān)數(shù)據(jù)的手段并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)其效益。1.3.2研究路線本文通過(guò)開(kāi)發(fā)“平整度小助手”這一Android應(yīng)用，并借助這個(gè)APP對(duì)路面平整度進(jìn)行測(cè)量和分級(jí)評(píng)價(jià)，最后進(jìn)行可視化，技術(shù)路線如圖1.4。圖1.4技術(shù)路線2相關(guān)概念及關(guān)鍵技術(shù)2.1路面平整度概念2.1.1路面平整度定義目前，評(píng)定路面質(zhì)量的技術(shù)指標(biāo)有三個(gè)，分別為：厚度、壓實(shí)度和平整度。平整度作為三大指標(biāo)之一，其本身具有自身問(wèn)題的復(fù)雜性，讓國(guó)內(nèi)外各大研究機(jī)構(gòu)和人員對(duì)平整度有不同的定義。[31]其中最值得一談的是美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）的定義：道路平整度是影響車輛的動(dòng)態(tài)特性、行駛質(zhì)量、路面動(dòng)載和排水等的路面表面相對(duì)于理想平面的豎向偏差。這個(gè)定義包括了人、車、路面三個(gè)要素，并同時(shí)考慮到了這些要素；不僅如此，這個(gè)定義指出：理想平面才是路面的標(biāo)準(zhǔn)、參考，路面要盡可能向理想平面靠攏。而我國(guó)的交通運(yùn)輸部《公路工程術(shù)語(yǔ)》(JTJ002—87)標(biāo)準(zhǔn)[15]則指出：路面平整度為路表面縱向的凹凸值的偏差。路面平整度的評(píng)價(jià)指標(biāo)是反映及評(píng)價(jià)路面平整情況的參數(shù)。[3]因此，一個(gè)合適的路面平整度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，能夠真實(shí)而準(zhǔn)確地反映路面及其斷面的相關(guān)信息?！豆饭こ藤|(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTJ071—98)是1998年我國(guó)交通部所頒發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)。在這一標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了三個(gè)路面平整度的評(píng)價(jià)指標(biāo)：最大面板空隙、平整面厚度標(biāo)準(zhǔn)差、國(guó)際平整度標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)IRI[16]。從上世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)使用3m直尺法來(lái)驗(yàn)收平整度成果，其原理是設(shè)定一個(gè)路面平整度的指標(biāo)，而這個(gè)指標(biāo)的測(cè)量方法是取測(cè)量直尺與待驗(yàn)收路面的最大空隙值。不過(guò)隨著較為智能化的方法被開(kāi)發(fā)和引進(jìn)到國(guó)內(nèi)后，3m直尺法因?yàn)槠湫实?、精度差、勞?dòng)時(shí)間長(zhǎng)這些重大缺陷被淘汰，最后被后來(lái)頒布的標(biāo)準(zhǔn)所禁止。目前國(guó)內(nèi)評(píng)定路面平整度的指標(biāo)主要是國(guó)際平整度標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)即IRI。圖2.13m直尺法2.1.2國(guó)際平整度指數(shù)IRI國(guó)際平整度指數(shù)IRI，其概念首次被美國(guó)國(guó)家公路合作研究計(jì)劃（NCHRP）提出，該機(jī)構(gòu)在“反應(yīng)類平整度系統(tǒng)的標(biāo)定和關(guān)系”研究項(xiàng)目中提出這個(gè)概念之后，并于1982年在巴西等國(guó)家進(jìn)行試驗(yàn)，基于試驗(yàn)結(jié)果完整地提出IRI計(jì)算方法和模型。一般來(lái)說(shuō)，80km/h的四分之一車輛模型在路面行駛時(shí)，將懸掛系統(tǒng)在一定行駛距離內(nèi)的累積位移單獨(dú)列出來(lái)，其累積位移即可作為IRI。作為平整度的指數(shù)，IRI反映路面最基本的為車輛服務(wù)的能力，IRI的值越接近于0，該路面越平坦，車輛經(jīng)過(guò)該路面越舒適以及安全。與其他平整度指數(shù)相比，IRI具有相對(duì)穩(wěn)定性和可以被移植的特性。由于國(guó)際平整度指數(shù)IRI的模型定義是標(biāo)準(zhǔn)車模型，所以測(cè)量程序和需要收集與輪廓有關(guān)的測(cè)量值的車輛特性的影響對(duì)其而言微乎其微。[31]2.1.3豎直加速度均方根RMSVA作為在車輛、交通、地震等自然災(zāi)害等一系列領(lǐng)域被廣泛使用的評(píng)價(jià)振動(dòng)影響和效益重要指標(biāo)，加速度均方根的計(jì)算公式如公式2.1。RA=i=1N為采樣次數(shù),Ai為加速度值。豎直加速度（RMSAVA）是衡量和分類路面粗糙度的重要指標(biāo)，它與各個(gè)與路面狀況相關(guān)的指標(biāo)比如國(guó)際平整度指數(shù)IRI之間存在比較強(qiáng)的相關(guān)性，一般相關(guān)性為0.8到0.9之間。[17]2.2使用智能手機(jī)測(cè)量路面平整度一般，使用智能手機(jī)測(cè)量路面平整度的方法，需要先進(jìn)行平整度數(shù)據(jù)的采集，然后對(duì)收集到的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理加工。2.2.1數(shù)據(jù)采集根據(jù)Android開(kāi)發(fā)文檔，智能手機(jī)內(nèi)部的感應(yīng)型傳感器可以分為三種大類型：運(yùn)動(dòng)傳感器、環(huán)境傳感器和位置傳感器。其中，運(yùn)動(dòng)傳感器中比較常見(jiàn)的傳感器為加速度傳感器、重力傳感器、陀螺儀傳感器和旋轉(zhuǎn)矢量傳感器；環(huán)境傳感器中比較常見(jiàn)的傳感器為溫度傳感器、光傳感器和濕度傳感器；而位置傳感器中比較常見(jiàn)的傳感器類型為：方向傳感器和磁感應(yīng)器。而對(duì)于智能手機(jī)的檢測(cè)，一般是利用加速度傳感器、陀螺儀和磁感器等傳感器進(jìn)行的。[32]多數(shù)研究關(guān)于智能手機(jī)進(jìn)行平整度的檢測(cè)采用的一般為加速度傳感器，原因是加速度傳感器所測(cè)量的加速度數(shù)據(jù)能相較更好地表現(xiàn)車輛的運(yùn)動(dòng)特征，通過(guò)測(cè)量車輛經(jīng)過(guò)異常路面而被施加的加速度力來(lái)測(cè)量數(shù)據(jù)。Yagi[18]以及Douangphachanh和Oneyama[19]將陀螺儀傳感器和加速度傳感器結(jié)合，在頻域上將二者所測(cè)的數(shù)據(jù)接合在一起，以陀螺儀傳感器數(shù)據(jù)確定手機(jī)方位，然后盡可能消除手機(jī)方位變化所帶來(lái)的誤差。然而，同時(shí)啟動(dòng)陀螺儀和加速度傳感器，也為智能手機(jī)帶來(lái)了更重的負(fù)荷，這讓智能手機(jī)的耗電速度增快，耐用性降低。Douangphachanh和Oneyama[19]以及Jain等人則是選取了不同種類的車輛和不同種類的智能手機(jī)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了它們的方法不會(huì)隨著車輛和智能手機(jī)的種類改變而發(fā)生功能變化。2.2.2預(yù)處理在獲取手機(jī)的傳感器數(shù)據(jù)之后，需要對(duì)獲得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，主要是進(jìn)行噪音的過(guò)濾和重新定向以及清洗數(shù)據(jù)。車輛實(shí)際行駛過(guò)程中會(huì)因?yàn)槁窙r等多個(gè)原因而產(chǎn)生噪聲，這些噪聲，尤其是車輛行駛過(guò)程中自身振動(dòng)產(chǎn)生的低頻噪聲，會(huì)干擾采集到的數(shù)據(jù)。[32]因此對(duì)于噪音的過(guò)濾很有必要。而數(shù)據(jù)的定向和清洗更是必要。一般來(lái)說(shuō)，預(yù)處理會(huì)使用濾波器來(lái)解決。Sebestyen[20]和Seraj[21]等人通過(guò)一種能夠消除噪點(diǎn)和另一種能夠放大加速度變化的濾波器來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。而Douangphachanh和Oneyama[19]則是使用高通濾波器來(lái)檢測(cè)諸如車輛變速、轉(zhuǎn)彎等低頻信息。Singh[25]等人則通過(guò)提出用簡(jiǎn)單的移動(dòng)平均和帶通濾波器來(lái)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，以此來(lái)平滑信號(hào)數(shù)據(jù)。值得一提的是，對(duì)于噪聲的處理，滑動(dòng)平均濾波技術(shù)是比較好的選擇。它能有效過(guò)濾一些隨機(jī)的噪聲，同時(shí)還能保持?jǐn)?shù)據(jù)原本的特性，對(duì)于時(shí)域信號(hào)來(lái)說(shuō)是最佳的處理方法。[32]2.2.3數(shù)據(jù)處理應(yīng)用于處理路面監(jiān)測(cè)狀況的傳感器的數(shù)據(jù)一般由基于閾值的方法、機(jī)械學(xué)習(xí)的方法、DTW方法進(jìn)行處理?；陂撝档姆椒ㄐ枰治鰝鞲衅鲾?shù)據(jù)的變化模式或者統(tǒng)計(jì)值，主要目的是識(shí)別出異常信號(hào)。對(duì)于閾值，可以分為固定閾值和動(dòng)態(tài)閾值。Mohan等人[26]通過(guò)研究和監(jiān)測(cè)路面的異常狀況進(jìn)而完成固定閾值的確定。而Wang[27]則通過(guò)研究動(dòng)態(tài)閾值來(lái)克服機(jī)械和傳感器的各種不穩(wěn)定信號(hào)模式，使其能夠具備更強(qiáng)的適應(yīng)性。而對(duì)于機(jī)械學(xué)習(xí)方法，則可以分為監(jiān)督學(xué)習(xí)和無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)。而涉及機(jī)械學(xué)習(xí)的技術(shù)也可以由此被分為兩類。對(duì)于DTW方法，則是通過(guò)測(cè)量任意兩種信號(hào)模式的相似性，并從中提出特征，Singh等[25]就基于DTW提出一種路面狀況監(jiān)測(cè)方法，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)證明效果十分良好。2.3移動(dòng)GIS與LBS地理信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystem,GIS）是在計(jì)算機(jī)軟件、硬件和網(wǎng)絡(luò)的支持下，對(duì)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、查詢、分析和顯示的技術(shù)系統(tǒng)。[34]。而移動(dòng)GIS則是地理信息系統(tǒng)重要研究方向之一，移動(dòng)GIS與原本的GIS相比，采用了嵌入式技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)和定位技術(shù)，使得地理信息可以隨時(shí)隨地很方便地被采集，并進(jìn)行存儲(chǔ)查詢分析顯示。[33]而基于位置的服務(wù)（LocationBasedService,LBS）,是指移動(dòng)終端利用各項(xiàng)定位技術(shù)獲取當(dāng)前的位置信息，再通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)得到的服務(wù)。[35]。目前，基于LBS的移動(dòng)GIS主要架構(gòu)為三個(gè)部分：客戶端、服務(wù)器和數(shù)據(jù)源[36]三者的詳細(xì)關(guān)系可以見(jiàn)圖2.2。圖2.2客戶端、服務(wù)器和數(shù)據(jù)源的關(guān)系智能手機(jī)作為基于LBS的移動(dòng)GIS中的客戶端之一，在當(dāng)今社會(huì)已經(jīng)是十分常見(jiàn)的了。作為移動(dòng)客戶端，智能手機(jī)具備體積小、功能全面、可攜帶等優(yōu)勢(shì)，這是電腦和GPS定位儀所不能替代的。生活中，我們可以使用智能手機(jī)打開(kāi)與地圖相關(guān)的APP，通過(guò)APP啟動(dòng)智能手機(jī)中的位置服務(wù)權(quán)限并通過(guò)Wife或者移動(dòng)數(shù)據(jù)流量來(lái)獲取當(dāng)前所處位置的經(jīng)緯度。這個(gè)經(jīng)緯度是所有移動(dòng)GIS的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之一，通過(guò)該經(jīng)緯度坐標(biāo)，我們可以實(shí)現(xiàn)在地圖上的定位，并可以借此查詢周邊的吃喝玩樂(lè)場(chǎng)所，以此快速達(dá)成生活的小目標(biāo)。我們同時(shí)可以將該經(jīng)緯度坐標(biāo)分享給其他人，以便于他人尋找自己的位置。例如，我想點(diǎn)外賣，便可以通過(guò)手機(jī)授權(quán)外賣APP自己的位置信息，讓騎手能夠精準(zhǔn)地將外賣送達(dá)到自己的手中。除了點(diǎn)外賣以外，我們通過(guò)QQ將自己的QQ定位分享給朋友，可以迅速與朋友會(huì)合。除了智能手機(jī)之外，GPS導(dǎo)航也是人們常見(jiàn)的位置信息服務(wù)。人們通過(guò)車載GPS定位儀，與全球定位系統(tǒng)進(jìn)行連接，并在定位儀導(dǎo)航功能的指導(dǎo)下駕車行駛到目的地。不過(guò)智能手機(jī)中目前也內(nèi)置了GPS傳感器，所以我們?nèi)钥梢允褂弥悄苁謾C(jī)完成與GPS有關(guān)的位置服務(wù)。目前，移動(dòng)GIS與LBS的研究十分熱門，相關(guān)行業(yè)也正在迅速發(fā)展。相信在不久的未來(lái)，隨著技術(shù)的發(fā)展和研究的深入，移動(dòng)GIS與LBS會(huì)越來(lái)越普及我們的生活，給我們帶來(lái)更多的便利。3.平整度測(cè)量軟件開(kāi)發(fā)3.1軟件架構(gòu)3.1.1六大模塊介紹"平整度助理"軟件主要由三個(gè)層構(gòu)成：應(yīng)用界面層、系統(tǒng)接口層，網(wǎng)絡(luò)接口層。在應(yīng)用界面層，又下設(shè)六個(gè)模塊，詳細(xì)見(jiàn)圖3.1。圖3.1程序模塊關(guān)系圖(1)數(shù)據(jù)采集模塊在數(shù)據(jù)采集模塊中，“平整度助理”通過(guò)連接系統(tǒng)接口層的加速度傳感器接口與GPS傳感器接口，分別獲取XYZ軸的加速度和當(dāng)前的位置信息，并將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)收集模塊，另外將地理位置信息傳輸給地圖顯示模塊。數(shù)據(jù)收集模塊數(shù)據(jù)收集模塊主要作用是接收數(shù)據(jù)采集模塊傳遞而來(lái)的原始數(shù)據(jù)信息，并通過(guò)傳輸?shù)腪軸加速度計(jì)算出平整度估計(jì)值，并結(jié)合位置數(shù)據(jù)為平整度估計(jì)值附上當(dāng)前經(jīng)緯度等地理信息。地圖顯示模塊地圖顯示模塊接收來(lái)自數(shù)據(jù)采集模塊的經(jīng)緯度信息，并結(jié)合百度的SDK和API實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前位置的定位和地圖顯示，同時(shí)為后續(xù)的數(shù)據(jù)可視化做好準(zhǔn)備。數(shù)據(jù)可視化模塊數(shù)據(jù)可視化模塊的主要功能是接收來(lái)自數(shù)據(jù)管理模塊的平整度估計(jì)值數(shù)據(jù)，并結(jié)合地圖顯示模塊以及定下的分級(jí)指標(biāo)進(jìn)行平整度估計(jì)值分級(jí)曲線在百度地圖上的繪制。同時(shí)，在數(shù)據(jù)庫(kù)區(qū)界面對(duì)SQLite的所有測(cè)量數(shù)據(jù)以表格的形式進(jìn)行可視化。數(shù)據(jù)管理模塊數(shù)據(jù)管理模塊主要是涉及SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)以及與用戶交互的“清除數(shù)據(jù)”按鈕。所有的測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)收集模塊加工后便會(huì)存儲(chǔ)在SQLite的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，并通過(guò)“清除數(shù)據(jù)”按鈕完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)表格所有數(shù)據(jù)的刪除。用戶界面模塊用戶界面模塊面向用戶，為用戶提供交互按鈕并對(duì)軟件進(jìn)行各項(xiàng)操作。3.2用戶界面模塊3.2.1功能分區(qū)本軟件的功能分區(qū)分為三個(gè):"測(cè)量區(qū)"、"地圖區(qū)"和"數(shù)據(jù)庫(kù)區(qū)"。界面如圖3.2所示。（a）測(cè)量區(qū)（b）地圖區(qū)（c）數(shù)據(jù)庫(kù)區(qū)圖3.2三個(gè)功能分區(qū)界面“測(cè)量區(qū)”負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)平整度測(cè)量的開(kāi)始與終止。在用戶準(zhǔn)備工作完成之后點(diǎn)擊“開(kāi)始測(cè)量”Button便可以開(kāi)始數(shù)據(jù)的采集、加工、存儲(chǔ)；而按下“停止測(cè)量”Button便可以停止以上工作。用戶可以在測(cè)量區(qū)實(shí)時(shí)看到當(dāng)前的測(cè)量數(shù)據(jù)?！暗貓D區(qū)”主要由一個(gè)MapView和三個(gè)Button按鈕組成。其中MapView是基于百度API和SDK而創(chuàng)建的一個(gè)容器，主要用于百度地圖的顯示、縮放、定位、繪制等功能的實(shí)現(xiàn)?！皵?shù)據(jù)庫(kù)區(qū)”主要作用是顯示數(shù)據(jù)和清除數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶準(zhǔn)備查看所測(cè)量的數(shù)據(jù)時(shí)，點(diǎn)擊“查詢顯示”按鈕即可展示出圖3.2中的數(shù)據(jù)表；當(dāng)用戶準(zhǔn)備刪除所測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，點(diǎn)擊“清空數(shù)據(jù)”按鈕即可清空本機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有測(cè)量數(shù)據(jù)。3.2.2實(shí)現(xiàn)底部導(dǎo)航功能本軟件主要通過(guò)底部導(dǎo)航按鈕加Fragment的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)功能分區(qū)的跳轉(zhuǎn)。其創(chuàng)建過(guò)程如下：在AndroidStudio中選擇創(chuàng)建ButtonNavigation+Fragment模板的項(xiàng)目，將Fragment的數(shù)量控制為三個(gè)，并分別進(jìn)行改名使其成為軟件未來(lái)的“地圖區(qū)”、“測(cè)量區(qū)”和“用戶區(qū)”?？梢宰灾鬟x擇更改底部上各個(gè)Fragment所對(duì)應(yīng)的圖標(biāo)。3.2.3Fragment相關(guān)知識(shí)介紹Fragment是片段活動(dòng)之中動(dòng)作或者視圖的一部分。幾個(gè)Fragment可以在一個(gè)Activity中相互結(jié)合，達(dá)到一個(gè)視圖可以有多個(gè)獨(dú)立的部分。Fragmet有其獨(dú)特的生命活動(dòng)周期，見(jiàn)圖3.4，但是Fragment只能依附于Activity，自身并不能存活。圖3.4Fragment生命周期3.3數(shù)據(jù)采集模塊3.3.1智能手機(jī)的加速度傳感器介紹在智能手機(jī)中有不少傳感器，但“平整度小助手”主要使用的是其中的加速度傳感器以及GPS傳感器，GPS傳感器會(huì)放在地圖顯示模塊介紹，所以這次重點(diǎn)介紹加速度傳感器。加速度運(yùn)動(dòng)傳感器也被廣泛稱為G-sensor,返回基于x、y、z三條傳動(dòng)軸的不同加速度傳感數(shù)值。該統(tǒng)計(jì)數(shù)值主要內(nèi)容包含對(duì)于月球地心引力的作用和物理影響,單位為m/s^2。將一臺(tái)智能手機(jī)鎖屏平放于移動(dòng)桌面上,x和y軸自動(dòng)默認(rèn)設(shè)置設(shè)定為0,y和x軸自動(dòng)設(shè)定默認(rèn)0,z和x軸自動(dòng)設(shè)定默認(rèn)9.81。將一臺(tái)智能手機(jī)的平面朝下并放置于手機(jī)桌面上,z鍵轉(zhuǎn)軸高度設(shè)定設(shè)置為-9.81。將一臺(tái)手機(jī)的軸傾斜至指向x的一軸,x的兩軸角度作為它的正值。將你的手機(jī)角度傾斜至一個(gè)x點(diǎn)的軸,x點(diǎn)可以作為一個(gè)負(fù)值。將一個(gè)手機(jī)的軸傾斜至一個(gè)y機(jī)的軸,y軸作為它的負(fù)值。把放在手機(jī)上的壓縮力矩線從上往下方向偏移,y軸會(huì)變?yōu)榱?。加速度檢測(cè)傳感器主要目的是為了用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于相機(jī)檢測(cè)一個(gè)物體時(shí)的加速度。而且一個(gè)物體的加速運(yùn)動(dòng)和這個(gè)加速度同樣都會(huì)隨之發(fā)生改變,如果我們之前能夠快速獲得這個(gè)加速度,物體之后會(huì)繼續(xù)受到哪些大的作用力或則這個(gè)加速物體之后會(huì)繼續(xù)進(jìn)行哪些怎樣的加速運(yùn)動(dòng),我們便完全可以輕易理解。我們只要充分利用這種移動(dòng)加速度,就非常有可能能夠制作開(kāi)發(fā)出能夠模擬個(gè)人電腦的在計(jì)步器和模擬物體之間移動(dòng)的各種應(yīng)用。加速度變量傳感器的values速度變量中3個(gè)速度元素的平均值分別共同代表了在x、y、z三個(gè)軸的平均加速度。重力運(yùn)動(dòng)傳感器和運(yùn)動(dòng)加速度重力傳感器系統(tǒng)采用相同的兩軸坐標(biāo)系。values數(shù)組是其中三個(gè)測(cè)量元素,它們分別等于代表指向x、y、z方向軸的三個(gè)重力測(cè)量尺寸。3.3.2動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集要本文采用測(cè)量路面平整度的方法是將手機(jī)通過(guò)膠帶等方式綁在車輛上，使其隨車輛運(yùn)動(dòng)時(shí)通過(guò)監(jiān)測(cè)自身的加速度情況來(lái)確定車輛的加速度情況。而加速度傳感器的主要檢測(cè)對(duì)象為力，所以需要通過(guò)公式3.1將傳感器受到的力（Fs）轉(zhuǎn)換為加速度（AD）。AD=?1但是實(shí)際情況，重力加速度會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響，見(jiàn)公式3.2。AD=?對(duì)于加速度傳感器而言，其使用的坐標(biāo)軸為標(biāo)準(zhǔn)的三軸坐標(biāo)系。（如圖3.5）X軸水平平行于屏幕，其正方向向右；Y軸垂直平行于屏幕，其正方向沿著屏幕向上，Z軸與X、Y軸垂直，經(jīng)過(guò)屏幕的中心點(diǎn)（即坐標(biāo)系原點(diǎn)），其正方向向屏幕外側(cè)。圖3.5SensorAPI使用的坐標(biāo)系由于手機(jī)本身的坐標(biāo)系已經(jīng)確定不會(huì)發(fā)生改變，而且所測(cè)量的方差最終表達(dá)式中與重力加速度無(wú)關(guān)，所以重力加速度對(duì)本程序測(cè)量的方差不會(huì)產(chǎn)生任何影響，對(duì)于重力加速度也自然不需要移除排外。3.3.3位置數(shù)據(jù)的采集位置數(shù)據(jù)主要包括當(dāng)前位置的經(jīng)度、緯度和街道名稱。位置數(shù)據(jù)的作用是為收集到的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)添加位置元素，使其能夠被地圖可視化從而進(jìn)一步被分析。位置數(shù)據(jù)的主要采集方式是利用百度定位SDK結(jié)合GPS傳感器獲取當(dāng)前位置的經(jīng)緯度坐標(biāo)來(lái)進(jìn)行定位。這種方法精度高，采集方便。3.3.4程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊在測(cè)量Fragment進(jìn)行交互，測(cè)量界面中有兩個(gè)按鈕，其主要分別是開(kāi)始數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲(chǔ)工作和停止工作，下面將簡(jiǎn)要闡述關(guān)鍵代碼的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。（1）測(cè)量區(qū)Fragment編寫圖3.6測(cè)量區(qū)Fragment如圖3.6，主要是14個(gè)TextView和兩個(gè)button()，其中“開(kāi)始測(cè)量”對(duì)應(yīng)的id為bt_dsp，而”停止測(cè)量“對(duì)應(yīng)得id為bt_stop。（2）實(shí)現(xiàn)加速度傳感器的接口，并獲取XYZ軸的加速度數(shù)據(jù)。首先定義mSensorManager和msensor。然后在OnCreateView中實(shí)現(xiàn)mSensorManager。mSensorManager的作用是管理傳感器，獲取傳感器接口服務(wù)。在bt_dsp的OnClick中獲取傳感器類型和定義傳感器監(jiān)聽(tīng)。這里獲取的傳感器類型為加速度傳感器。編寫onSensorChanged，獲取XYZ軸的加速度數(shù)據(jù)。該函數(shù)是當(dāng)傳感器事件發(fā)生變化時(shí)才會(huì)被調(diào)用floatxValue=event.values[0];tvx.setText(""+xValue);floatyValue=event.values[1];tvy.setText(""+yValue);floatzValue=event.values[2];tvz.setText(""+zValue);cuurentAcc=event;在onPause()和停止測(cè)量按鈕的onClick()中實(shí)現(xiàn)傳感器監(jiān)聽(tīng)活動(dòng)的注銷。（3）通過(guò)百度定位SDK，獲取經(jīng)緯度和街道名三個(gè)地理數(shù)據(jù)。在使用百度定位SDK前先導(dǎo)入lib庫(kù)，并在AndroidManifest.xml中填寫SHA1碼和AK碼并申請(qǐng)定位權(quán)限，在測(cè)量區(qū)的Fragment中的OnCreate重寫函數(shù)中初始化百度地圖SDK的接口。這部分與實(shí)現(xiàn)百度地圖顯示的方法類似，可以參考之后實(shí)現(xiàn)百度地圖顯示部分的方法在準(zhǔn)備工作做完之后，便可以在測(cè)量區(qū)相關(guān)的Fragment中編寫與定位有關(guān)的代碼。首先是在OnCreateView中實(shí)現(xiàn)與定位相關(guān)的部分代碼如下：option.setOpenGps(true);option.setCoorType("bd09ll");option.setScanSpan(1000);option.setIsNeedAddress(true);mLocationClient.setLocOption(option);其中，LocationClient是定位接口函數(shù)。上部分代碼主要完成了LocationClient的初始化、定位監(jiān)聽(tīng)器的開(kāi)啟、定位選項(xiàng)的初始化與開(kāi)啟。這里的定位選項(xiàng)包括開(kāi)啟GPS傳感器、設(shè)置坐標(biāo)系為bd09ll坐標(biāo)系、設(shè)置顯示地址。編寫定位監(jiān)聽(tīng)，獲取地理數(shù)據(jù)，包括經(jīng)度緯度和街道名稱。publicclassAMapLocationListenerextendsBDAbstractLocationListener{@OverridepublicvoidonReceiveLocation(BDLocationlocation){doublelatitude=location.getLatitude();doublelongitude=location.getLongitude();JD.setText(""+longitude);WD.setText(""+latitude);AD.setText(""+location.getStreet());currentLocation=location;}}在“停止測(cè)量”button按鈕的監(jiān)聽(tīng)器onClick中設(shè)置SDK定位接口的注銷。3.4數(shù)據(jù)收集模塊3.4.1平整度估計(jì)值算法通過(guò)測(cè)量車輛振動(dòng)響應(yīng)是測(cè)量平整度評(píng)估指標(biāo)的一種比較常用的方法。將智能手機(jī)綁在車輛上，這時(shí)通過(guò)測(cè)量智能手機(jī)的狀況就可以測(cè)出車輛的狀況。目前，越來(lái)越多的研究表明：智能手機(jī)所測(cè)量出的述Z軸的加速度變化可以作為評(píng)估路面平整度的指標(biāo)，即可以當(dāng)做路面平整度的估計(jì)值?！捌秸戎怼钡哪繕?biāo)用戶為一般出行的用戶人群，所以所選擇的平整度的估計(jì)值只需要能夠大致反應(yīng)平整度的大小和變化即可，不需要太過(guò)定量去精確地分析。因此，對(duì)于路面狀況，“平整度助理”采用RMSVA（加速度變化均方根）作為平整度的估計(jì)值，并以此來(lái)確立平整度分級(jí)指標(biāo)并繪制分級(jí)曲線。設(shè)定加速度傳感器在車輛勻速行駛的狀況下5秒內(nèi)進(jìn)行50次相同間隔的Z軸加速度的采樣，并通過(guò)采集的Z軸加速度計(jì)算平整度估計(jì)值，由于還要考慮重力加速度，所以最后應(yīng)該以Z軸加速度的均方差作為平整度估計(jì)值的最終計(jì)算結(jié)果。算法實(shí)現(xiàn)思想如下：將所測(cè)量到的Z軸加速度的值存進(jìn)一個(gè)大小為50的數(shù)組之中，然后定義一個(gè)浮點(diǎn)型變量mean通過(guò)計(jì)算賦值mean為50個(gè)Z軸加速度的平均加速度，然后定義deviation計(jì)算Z軸加速度的均方差，這個(gè)deviation的值即為平整度的估計(jì)值。3.4.2實(shí)現(xiàn)周期性處理在“平整度助理”的測(cè)量過(guò)程中，存在一個(gè)周期性的循環(huán)。在這個(gè)周期性循環(huán)中，需要每隔0.1s采集一次z軸加速度，每隔5s采集一次經(jīng)緯度和街道信息，并將累積的50個(gè)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行算法計(jì)算獲得平整度估計(jì)值。雖然傳感器接口中的onSensorChanged函數(shù)可以控制時(shí)間間隔，但實(shí)際運(yùn)行中可能系統(tǒng)會(huì)回調(diào)所設(shè)置的值，讓采樣頻率設(shè)置失效。因此這里設(shè)置Timer（）函數(shù)來(lái)幫助完成周期性測(cè)量工作。Timer是JDK類庫(kù)中的一個(gè)負(fù)責(zé)計(jì)劃任務(wù)的功能，其主要作用是充當(dāng)計(jì)時(shí)器，在指定時(shí)間之后經(jīng)過(guò)提前設(shè)定好的時(shí)間周期重復(fù)執(zhí)行任務(wù)。因此我們可以寫一個(gè)Timer函數(shù)來(lái)幫助我們進(jìn)行周期化的任務(wù)執(zhí)行。首先初始化Timer函數(shù)，然后在Timer函數(shù)中用ifelse的循環(huán)語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)任務(wù)框架的搭建。提前定義一個(gè)大小為50的數(shù)組，在if語(yǔ)句中每0.1s向數(shù)組增加一個(gè)剛測(cè)量的Z軸加速度數(shù)據(jù)直到添加到50個(gè)；在else語(yǔ)句中增加上一部分寫的計(jì)算函數(shù)以及位置信息的采集，和將這些數(shù)據(jù)添加進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)的表格中的函數(shù)。在TimeSchedule中設(shè)置周期為0.1s，開(kāi)始時(shí)間為1s后，任務(wù)為Timer函數(shù)中的任務(wù)。完成周期性測(cè)量代碼的編寫。3.5地圖顯示模塊地圖顯示模塊主要功能在地圖區(qū)的Fragment中，在底部導(dǎo)航欄的地圖區(qū)可以調(diào)用查看?！捌秸刃≈帧避浖褂冒俣萐DK開(kāi)發(fā)。以下將基于百度API來(lái)介紹如何完成百度地圖在地圖區(qū)Fragment的顯示和定位。（1）在百度的開(kāi)發(fā)者平臺(tái)上獲取AK進(jìn)入百度搜索開(kāi)發(fā)者平臺(tái)，點(diǎn)擊獲取AK進(jìn)入開(kāi)始創(chuàng)建應(yīng)用頁(yè)面，填寫工程的SHA1和包名，其中SHA1可以在Androidstudio的右側(cè)Gradle\包名\Tasks\android\signingReport中獲取，填寫完后點(diǎn)擊確認(rèn)獲取AK（如圖3.7）。開(kāi)發(fā)環(huán)境配置在百度地圖的開(kāi)發(fā)者平臺(tái)上下載開(kāi)發(fā)包，將其放在工程的app\libs下，并在gradle進(jìn)行配置。在Projects頁(yè)面導(dǎo)入百度的開(kāi)發(fā)包至軟件的庫(kù)中。并在AndroidManifest.xml中配置AK。（3）完成地圖顯示在地圖區(qū)的fragment的布局文件中添加bmapview，該控件為百度地圖的自定義控件。在java文件中完成地圖的初始化和周期管理代碼，打開(kāi)模擬器運(yùn)行完成地圖顯示。圖3.7百度開(kāi)發(fā)平臺(tái)獲取key3.6數(shù)據(jù)可視化模塊數(shù)據(jù)可視化模塊主要是完成百度地圖的二次開(kāi)發(fā)，將收集到的點(diǎn)數(shù)據(jù)用不同顏色的分級(jí)線連接起來(lái)進(jìn)行可視化。所以本模塊的主要實(shí)現(xiàn)的功能就是分級(jí)設(shè)色線的繪制與啟動(dòng)。3.6.1分級(jí)設(shè)色線的繪制在編寫分級(jí)設(shè)色線繪制代碼以前，首先要確立分級(jí)指標(biāo)。主要指標(biāo)是所計(jì)算得到的平整度的估計(jì)值。根據(jù)第四部分的實(shí)例分析，這里確立的分級(jí)指標(biāo)為40以下、40到60、60以上，分別用藍(lán)色、黃色和紅色繪制。在地圖區(qū)Fragment界面編寫繪制函數(shù)opg，其中的基本原理如下：用query和cursor函數(shù)從數(shù)據(jù)庫(kù)bd中獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，在moveToNext（）遍歷時(shí)進(jìn)行顏色分級(jí)，設(shè)置p1,p2兩個(gè)變量不斷繼承相鄰兩點(diǎn)數(shù)據(jù)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，啟動(dòng)繪制函數(shù)在p1和p2不斷畫線完成繪制函數(shù)。3.6.2繪制函數(shù)的啟動(dòng)按鈕和清除按鈕編寫分別創(chuàng)建啟動(dòng)button按鈕和清除button按鈕。在各自的監(jiān)聽(tīng)函數(shù)中分別調(diào)用opg()和百度地圖的clear()函數(shù)，clear()在BaiduMap類中，其作用是清除地圖上所有的覆蓋物（包括繪制的曲線等）。3.7數(shù)據(jù)管理模塊數(shù)據(jù)管理模塊主要負(fù)責(zé)利用SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，在測(cè)量區(qū)、地圖區(qū)和數(shù)據(jù)庫(kù)區(qū)均涉及與該模塊的交互。在測(cè)量區(qū)，用戶點(diǎn)擊“開(kāi)始測(cè)量”之后，數(shù)據(jù)管理模塊會(huì)向表中周期性地添加測(cè)量數(shù)據(jù)；當(dāng)用戶點(diǎn)擊“停止測(cè)量”之后，數(shù)據(jù)管理模塊則會(huì)停止向表中添加數(shù)據(jù)。在地圖區(qū)，用戶通過(guò)點(diǎn)擊“繪制分級(jí)路徑”從數(shù)據(jù)管理模塊中讀取附加了地理信息的平整度估計(jì)值數(shù)據(jù)以完成分級(jí)路徑的繪制。在數(shù)據(jù)庫(kù)區(qū)，用戶可以通過(guò)按鈕交互實(shí)現(xiàn)以表格形式查看已測(cè)量數(shù)據(jù)以及清除數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有測(cè)量數(shù)據(jù)。3.7.1使用SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)管理數(shù)據(jù)“平整度小助手”收集的數(shù)據(jù)有：經(jīng)度、緯度、x軸加速度、y軸加速度、z軸加速度、粗糙程度估計(jì)值、街道名共七個(gè)數(shù)據(jù)。SQLite是AndroidSDK自帶的數(shù)據(jù)庫(kù)，本軟件使用SQLite來(lái)管理數(shù)據(jù)。在“平整度小助手”的全部三個(gè)Fragment中都要用到SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)。在測(cè)量Fragment中，將每個(gè)任務(wù)周期測(cè)得的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中；在地圖Fragment中，讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化；在用戶Fragment中，讀取數(shù)據(jù)庫(kù)并以表格的方式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)。在測(cè)量Fragment中，在onCreateView回調(diào)中建立數(shù)據(jù)庫(kù)文件，在開(kāi)始測(cè)量按鈕onClick回調(diào)中建立表，在周期任務(wù)接口中的run回調(diào)中插入數(shù)據(jù)。在地圖Fragment，使用query查詢方法，獲得返回值cursor，該cursor指向各行數(shù)據(jù)。使用moveToNext方法不斷使cursor指向下一行實(shí)現(xiàn)循環(huán)，從而獲得全部數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)庫(kù)Fragment中，用query加cursor的方法讀取并以表格的形式顯示數(shù)據(jù)。調(diào)用SQL中的delete語(yǔ)句完成對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的刪除。本軟件在使用SQLite所做的準(zhǔn)備工作是先創(chuàng)建dbHelper類，用于幫助后續(xù)數(shù)據(jù)庫(kù)db的建立。在測(cè)量Fragment中用dbHelper創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)db，在其他兩個(gè)Fragment中則是調(diào)用測(cè)量Fragment所建立的數(shù)據(jù)庫(kù)db。4實(shí)例分析4.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋敬螌?shí)驗(yàn)為測(cè)試“平整度助理”的測(cè)量能力的實(shí)驗(yàn)，其目的如下：（1）檢驗(yàn)軟件是否能完成常規(guī)的測(cè)量任務(wù)。（2）分析軟件所測(cè)量計(jì)算出的平整度估計(jì)值能否準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)路面平整度，分析所進(jìn)行的分級(jí)指標(biāo)能否符合展示平整度定性的預(yù)期要求。（3）利用“平整度助理”的繪制分級(jí)路徑功能，在百度地圖上繪制本次實(shí)驗(yàn)平整度分級(jí)路線，并觀察所繪制的曲線是否能較好地表達(dá)目標(biāo)路線的平整度狀況。4.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程本次實(shí)驗(yàn)工具為美團(tuán)共享單車，美團(tuán)單車是目前常見(jiàn)的共享單車種類之一，如圖4.1。時(shí)下，共享單車是當(dāng)下比較熱門的行駛工具，以共享單車作為實(shí)驗(yàn)的測(cè)試工具使實(shí)驗(yàn)具有一定的代表性。圖4.1美團(tuán)共享單車本次實(shí)驗(yàn)的路程長(zhǎng)度為1.3千米，起始點(diǎn)為武漢大學(xué)珞珈門門口前，終止點(diǎn)為街道口附近。實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)的路面主要為人行道，少部分為柏油馬路。將手機(jī)屏幕正面朝上平行放置在單車的儲(chǔ)物籃中，并用膠布將其固定，打開(kāi)“平整度助理”，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)點(diǎn)擊“開(kāi)始測(cè)量”，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)點(diǎn)擊“結(jié)束測(cè)量”。實(shí)驗(yàn)結(jié)果存儲(chǔ)在SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)中，保存在在手機(jī)內(nèi)部的PZD2.db文件中，借助AndroidStudio中的DeviceFileExplorer工具可以查看。4.3實(shí)驗(yàn)分析4.3.1去除無(wú)效數(shù)據(jù)本次實(shí)驗(yàn)一共收集108條實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，無(wú)效數(shù)據(jù)為4條。手動(dòng)刪除四條無(wú)效數(shù)據(jù)，用SQL調(diào)整id，得到104條有效數(shù)據(jù)。其中的部分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)圖4.2。圖4.2部分測(cè)量數(shù)據(jù)4.3.2數(shù)據(jù)圖表化結(jié)合實(shí)例分析并確立平整度分級(jí)指標(biāo)以id為X軸，平整度估計(jì)值deviation為Y軸，作出圖表，如圖4.3。圖4.3圖表結(jié)合行駛過(guò)程中的目測(cè)觀察和駕駛感受，可以判斷路面的平整性。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表格）來(lái)看，在平整的道路上該值為40以下，在遇到井蓋類似的異常路時(shí)該值為40到60之間，遇到碎石陡坡該值為60以上。所以可以分為40以下、40到60、60以上三個(gè)平整度等級(jí)。4.3.3繪制分級(jí)路線圖用紅色線表示60以上平整度等級(jí)，藍(lán)色線表示40到60的平整度等級(jí)，綠色表示20以下的平整度等級(jí)。用軟件在百度地圖上繪制分級(jí)路線，如圖4.4。圖4.4分級(jí)路線繪制圖將分級(jí)圖與圖4.3中的圖表與實(shí)際情況進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)所繪制的分級(jí)圖符合預(yù)期，能夠很好地表現(xiàn)實(shí)驗(yàn)路線的路面平坦程度狀況。4.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果“平整度助理”能夠順利完成常規(guī)的路面狀況測(cè)量任務(wù)。依據(jù)“平整度助理”所測(cè)數(shù)據(jù)而制定的平整度估計(jì)值分級(jí)指標(biāo)能夠很好地表現(xiàn)路面的平整度，滿足平整度測(cè)量的定性要求。而且，“平整度助理”所繪制的分級(jí)路線能夠很好地展示實(shí)驗(yàn)路線的路面平整度狀況，符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期。5.總結(jié)與展望本文首先介紹了路面平整度監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀，由此從傳統(tǒng)和基于智能設(shè)備兩個(gè)方向介紹了目前路面平整度測(cè)量研究的現(xiàn)狀。之后重點(diǎn)介紹以智能手機(jī)中的內(nèi)置傳感器為工具進(jìn)行路面平整度的測(cè)量。同時(shí)也介紹了路面平整度的相關(guān)概念。本文基于Android開(kāi)發(fā)了“平整度助理”軟件，利用手機(jī)內(nèi)置的加速度傳感器和GPS傳感器，測(cè)量和計(jì)算路面平整度的估計(jì)值，并基于百度地圖SDK進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，將所測(cè)量的路面平整度數(shù)據(jù)附上地理信息，進(jìn)行路面平整度估計(jì)值的分級(jí)，并在百度地圖上繪制分級(jí)曲線。實(shí)驗(yàn)證明，軟件測(cè)量和分級(jí)評(píng)價(jià)以及可視化效果良好。最后，本文的軟件有以下地方尚可優(yōu)化：不能自動(dòng)篩選有效數(shù)據(jù)；本軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)為SQLite的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器的功能，實(shí)現(xiàn)獲取他人的數(shù)據(jù)來(lái)表達(dá)平整度信息。希望未來(lái)能實(shí)現(xiàn)軟件數(shù)據(jù)的眾包功能，即獲取例如OSM上的平整度數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)用戶能通過(guò)查詢選擇一條道路即能獲取它的平整度。參考文獻(xi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