摘要：因車體坐標系統(tǒng)和手機坐標系統(tǒng)存在角度偏差，為使手機檢測數(shù)據(jù)真實反映車體振動加速度，提出針對手機姿態(tài)誤差的系統(tǒng)性矯正方法。該方法以重力方向為基準矯正手機垂向加速度，借助車體橫、縱向加速度的正交性矯正手機水平向加速度，并基于極大似然估計原理評估角度偏差，保證手機姿態(tài)矯正的可靠性。結合現(xiàn)場測試結果表明：兩部智能手機檢測數(shù)據(jù)經(jīng)姿態(tài)誤差矯正得到以重力方向為基準的垂向角度修正值分別為0.008°和0.007°，兩者水平夾角為29.75，與試驗放置夾角30偏差0.25;智能手機與高精度傳感器檢測的車體加速度在時域和頻域的幅值、主頻均一致。

　　關鍵詞：車輛運行品質(zhì);智能手機;姿態(tài)誤差矯正;角度偏差估計;極大似然原理

　　截至2011年底，我國城市軌道交通運營里程達到730.27km，為及時、準確地檢測城市軌道交通的軌道狀態(tài)，保障地鐵車輛運營的安全性及乘坐舒適性，目前周期性的軌道狀態(tài)檢測方法已不滿足需求1]。對列車運行狀態(tài)的準確掌握一方面可為車輛維修提供依據(jù)，另一方面也是軌道線路養(yǎng)護維修的重要依據(jù)，其中對列車車體加速度準確、經(jīng)濟、便捷的檢測成為一個新的研究熱點。車輛運行品質(zhì)主要與車體振動幅度，頻率，方向和持續(xù)時間有關。

　　車輛論文范例： 基于車載智能通信終端的車輛救援服務

　　如果人體長時間暴露在車輛的振動環(huán)境中，則會出現(xiàn)諸如肌肉骨骼，頸肩疾病，前庭神經(jīng)系統(tǒng)等問題，根據(jù)美國鐵路系統(tǒng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，大多數(shù)機車駕駛員患有背痛或背部相關疾病。為實現(xiàn)車輛運行品質(zhì)和軌道狀態(tài)的實時監(jiān)測及降低監(jiān)測成本，各國學者提出在運營車輛的軸箱、轉(zhuǎn)向架、車體不同位置安裝多種傳感器(加速度傳感器、麥克風)。

　　文獻在上海地鐵號線地鐵車輛的轉(zhuǎn)向架、車體上安裝加速度傳感器，對檢測數(shù)據(jù)進行低通濾波與二次積分獲取軌道垂向、橫向不平順，該方法可為軌道線形檢測、演變規(guī)律及制定維修計劃提供數(shù)據(jù)支撐。文獻成功研制了運營車輛車載監(jiān)測系統(tǒng)，集多種傳感器融合檢測鋼軌波磨、軌道不平順等，實現(xiàn)高頻次檢測軌道狀態(tài)與實時預警，確保運營車輛行車安全。

　　文獻在輕軌車輛上安裝多類型傳感器，獲取16個月內(nèi)車體振動加速度，結合數(shù)據(jù)融合方法分析軌道基礎結構健康演變規(guī)律。上述車載檢測系統(tǒng)可準確識別影響車輛運行品質(zhì)的異常軌道狀態(tài)，但該方法依賴于整套傳感系統(tǒng)，檢測系統(tǒng)購買、安裝、維護成本過高，數(shù)據(jù)采集過程較為復雜，難以應用于所有的運營列車。同時，既有軌檢車的周期性檢測顯然不滿足運營任務日益繁重的軌道交通系統(tǒng)的需求。

　　當前智能手機計算處理性能的不斷提升，為不斷提升用戶的體驗質(zhì)量，其內(nèi)置了加速度傳感器、陀螺儀等，且具有便攜性、續(xù)航久等優(yōu)點，將手機用作一種測量設備的理念已經(jīng)為研究者廣泛接受。在智能交通運輸領域，智能手機的應用已經(jīng)較為廣泛，且具有較高的置信度，例如基于手機傳感器數(shù)據(jù)的乘坐舒適度的評價，交通流擁擠狀態(tài)識別，監(jiān)督司機駕駛行為等。

　　為彌補當前軌道交通領域周期性檢測的空白期，本文提出一種基于智能手機感知車輛運行品質(zhì)的檢測方法，為保證手機坐標系與車輛坐標系平行一致，研究了智能手機姿態(tài)誤差矯正算法，一般思想是以重力方向為參照矯正垂向姿態(tài)誤差，再結合縱向與橫向加速度的正交性，基于極大似然原理對手機坐標系相對于車體坐標系在xy平面的角度偏差進行估計。同時，借助現(xiàn)場測試驗證智能手機姿態(tài)誤差矯正算法的準確性和傳感器性能的可靠性。該方法打破了智能手機檢測車輛加速度的過程中對手機擺放姿態(tài)的依賴，從而促進智能手機測評車輛運行品質(zhì)的應用，可為軌道交通領域提供一種經(jīng)濟、便捷、高效的車輛振動檢測設備。

　　智能手機坐標系經(jīng)姿態(tài)修正后，可保證智能手機坐標系與車體坐標系平行一致，而此時的智能手機檢測數(shù)據(jù)是否可以真實反應車體振動，需進一步經(jīng)現(xiàn)場試驗驗證智能手機傳感器精度，采取智能手機與高精度傳感器現(xiàn)場測試對比試驗。

　　本文介紹了一種基于智能手機檢測車輛運行品質(zhì)的方法，并就車體坐標系與智能手機坐標系偏差問題進行了深入分析，提出了手機姿態(tài)誤差的系統(tǒng)性矯正方法。該方法在不借助外部信息的情況下，僅從加速度數(shù)據(jù)本身的特性出發(fā)，一方面以重力方向為參照修正了垂向加速度的偏差，另一方面通過橫向、縱向加速度的正交性，對手機、車體坐標系平面偏差進行矯正，修正過程中采用極大似然原理，保證角度偏差估計的可靠性。

　　最后結合現(xiàn)場試驗，驗證了智能手機姿態(tài)誤差矯正算法和傳感器精度的準確性。修正垂向角度偏差后，橫向、縱向加速度偏差在0.03m∙s−2以內(nèi)，手機和手機水平向夾角約29.75°，與試驗手機放置角度30°近似相等。同時，智能手機與高精度傳感器的實測對比試驗表明，智能手機傳感器精度滿足地鐵運營添乘需求。

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　　作者：陳嶸，從建力，高鳴源，王源，王平