一种沥青路面拥包多维度特征指标识别方法技术

本发明专利技术公开了一种沥青路面拥包多维度特征指标识别方法，利用三维线激光检测设备对沥青路面拥包病害进行扫描，获取包含拥包形貌的原始三维线激光高程点云数据，并对原始三维线激光点云数据进行平滑，获得准确反映拥包三维形貌特征的高程点云数据；用平滑后的所有连续拥包横断面依次进行组合，重构出拥包的三维表面轮廓；建立拥包三维坐标系；根据基于平滑数据建立的拥包病害三维模型，分析拥包病害的三维形貌特征，提取拥包多维度特征指标；以零等高线围成的水平面为基准面，计算沥青路面拥包多维度特征指标；根据拥包的多维度形貌指标计算结果，分析拥包病害的严重程度，估计其对行车的影响范围，推算修补面积，推测拥包的成因。

【技术实现步骤摘要】
一种沥青路面拥包多维度特征指标识别方法
本专利技术属于沥青路面病害检测领域，具体涉及一种沥青路面拥包多维度特征指标识别方法。
技术介绍
拥包是对沥青路面性能影响最大的病害之一。随着运营年限的不断增长，沥青路面在荷载、道路线形、路面结构材料、环境的共同影响下，施工工艺面出现轻微、连续的，接近等距离，形似洗衣搓板的起伏状，路面出现局部隆起，产生持久变形，进而形成拥包；若得不到及时维修，不但影响出行舒适感，而且会损伤车辆，造成经济损失；在车速较快的情况下，甚至会因爆胎、偏移从而酿成交通事故，威胁驾驶人员及乘客的生命安全；另一方面，拥包使道路结构整体性和稳定性变差，其不仅发生在路表面，也经常危及到中、下面层甚至基层，严重的拥包还可导致结构破坏，大大缩短高速公路的使用寿命，增加公路的养护成本，造成经济上的巨大损失。因此，全面、准确的拥包检测是路面状况评价与养护措施选择的重要依据。目前，我国拥包的检测最常用的方法是采用3m直尺人工测量和多功能检测车测量；人工测量检测速度慢，检测基准点、最高点和最低点均由人工主观判断，测量数据精度低；多功能检测车主要基于图像法对病害照片进行判别，受路面颜色、光照强度等因素影响，无法对拥包病害的严重程度进行精准识别，更无法获取拥包的高度、体积、坡度等三维特征指标，另外，我国规范仅用高度作为拥包严重程度的评价指标，在长期的工程实践过程中发现，单一高度指标所携带的拥包形貌特征的信息量非常有限，无法建立评价指标与拥包破坏成因或损伤层位之间的相互关系；导致无法科学、准确的对拥包严重程度进行评价，使得养护决策过程中带有很大的局限性。利用三维线激光检测技术获取的路面拥包激光点云数据，可构建近乎真实的拥包形态三维细观模型，对三维模型进行观察分析，可提取准确描述拥包形貌的多维度指标，为科学的描述拥包形貌、准确评价拥包严重程度提供可靠依据，为沥青路面使用性能评价、行车安全分析和路面养护决策提供信息支撑。综上所述，沥青路面拥包的全面、准确评价对路面使用性能评价和行车安全分析至关重要。现行人工检测和基于视频图像的多功等检测车等检测技术和单一高度指标评价难以实现拥包病害的全面、准确描述。因此，提出一种可全面、准确识别沥青路面拥包病害的多维度形貌特征指标的方法成为当前迫切需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种沥青路面拥包多维度特征指标识别方法，以解决现有的单一指标无法准确评价拥包严重程度的缺陷，本专利技术提出能准确描述拥包多维度特征的指标，用于科学的评价沥青路面拥包对道路结构与行车安全的危害。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种沥青路面拥包多维度特征指标识别方法，包括以下步骤：步骤1：利用三维线激光检测设备对沥青路面拥包病害进行扫描，获取包含拥包形貌的原始三维线激光高程点云数据，并对原始三维线激光点云数据进行平滑，获得准确反映拥包三维形貌特征的高程点云数据；步骤2：用准确反映拥包三维形貌特征的高程点云数据在每个检测横断面上逐个光滑连接得到拥包横断面，再将所有连续拥包横断面依次进行组合，重构出拥包的三维表面轮廓；步骤3：建立拥包三维坐标系；步骤4：根据基于平滑数据重构的拥包三维表面轮廓，分析拥包病害的三维形貌特征，提取拥包多维度特征指标；步骤5：以零等高线围成的水平面为基准面，计算沥青路面拥包病害的拥包多维度特征指标；步骤6：根据拥包的多维度特征指标计算结果，分析拥包病害的严重程度，估计其对行车的影响范围，推算修补面积，推测拥包的成因。进一步地，步骤1中对原始三维线激光点云数据进行平滑具体包括：a)利用加权回归散点平滑法对原始三维线激光高程点云数据进行平滑处理，修复缺失点；b)利用局部拉依达法则对a)中平滑后的数据进行异常点剔除；c)再利用加权回归散点平滑法对b)中剔除异常点后的数据进行缺失点修复。进一步地，步骤3中建立拥包三维坐标系具体为：在拥包附近找一能够将整个拥包包含在第一象限的路面点作为原点O；以道路中心线的垂线为横坐标，以道路中心至道路边线方向为坐标正向，用X表示；以道路纵向为纵坐标，以行车方向为坐标正向，用Y表示；垂直于水平面方向为高程方向，以向上为正向，用H表示，表示激光点云的数值大小。进一步地，步骤4中拥包高度指拥包最高点与基准面的高程差值；拥包宽度指拥包在路面横向的最大覆盖长度；拥包长度指拥包在道路纵向的最大延伸长度；拥包面积指拥包凸起部分覆盖路面的面积；拥包体积指拥包凸起部分的体积；拥包行车坡度指行车方向拥包隆起的最大坡度值。进一步地，拥包多维度特征指标包括拥包高度Hy、拥包宽度Wy、拥包长度Ly、拥包面积Ay、拥包体积Vy以及拥包行车坡度Φy。进一步地，拥包高度Hy、拥包宽度Wy、拥包长度Ly、拥包面积Ay、拥包体积Vy以及拥包行车坡度Φy的计算方法如下：拥包高度Hy：Hy＝Hmax-Ho(1)式中，Hmax为拥包的最高点的高程值，Ho为基准面的高程值；拥包宽度Wy：Wy＝MAX{(X02-X01)1，…，(X02-X01)i，…，(X02-X01)a}(2)式中，X01、X02为每个拥包横断面位于零等高线上的点的横坐标；X01为接近原点的零高程点；X02为远离原点的零高程点；(X01-X02)1为第一个拥包横断面上两个零高程点间距；(X01-X02)i为第i个拥包横断面上两个零高程点间距，a为拥包横断面的个数；拥包长度Ly：Ly＝MAX{(Y02-Y01)1，…，(Y02-Y01)j，…，(Y02-Y01)b}(3)式中，Y01、Y02为每个拥包纵面位于零等高线上的点的纵坐标；Y01为接近原点的零高程点；X02为远离原点的零高程点；(X01-X02)1为第一个拥包纵断面上两个零高程点间距；(X01-X02)i为第j个拥包纵断面上两个零高程点间距；b为拥包纵断面的个数；拥包面积Ay：三维线激光的激光点横向间距是一定的，以激光点横向间距为单位，将拥包零等高线包围的闭合图形，即拥包面积分为n个纵向的条块，每个条块近似视为梯形，则拥包面积计算公式如下：式中，式中Xi表示拥包面积范围内第i个纵断面的横坐标，(Y02-Y01)i表示该纵断面上两个零高程点间距；拥包体积Vy：以等高面为切割面，将拥包分为m个薄梯台，薄梯台的上下表面为相邻等高线围成的闭合平面，拥包体积的计算公式如下：式中，Ak表示沿H坐标正向第k个等高面，m为薄梯台的个数；拥包行车坡度角Φy：式中，Hmaxi为第i个拥包纵断面上高程点最大值，li为Hmaxi对应纵坐标与接近原点的零高程点纵坐标的距离，q表示拥包纵断面的个数。进一步地，步骤6中将步骤5的拥包多维度指标计算结果与对应真值作比较，通过分析标准差、绝对误差和相对误差判断计算结果的准确性；再根据拥包的多维度特征指标计算结果，分析拥包病害的严重程度，估计其对行车的影响范围，推算最小修补面积，推测拥包的成因及其对行车的危害。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术弥补了在路面养护过程中拥包严重程度评价指标单一的缺陷，采用先进的三维线激光检测技术，快速、准确地获取包含拥包病害多维度形貌的高程点云，对高程点运进行缺失点修复、异常点剔除和噪声平滑处理，重构出拥包病害的三维模型，建立拥包三维坐标系，提取并计算准确描述拥包形貌的多维度指标，基于计算结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沥青路面拥包多维度特征指标识别方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：利用三维线激光检测设备对沥青路面拥包病害进行扫描，获取包含拥包形貌的原始三维线激光高程点云数据，并对原始三维线激光点云数据进行平滑，获得准确反映拥包三维形貌特征的高程点云数据；步骤2：用准确反映拥包三维形貌特征的高程点云数据在每个检测横断面上逐个光滑连接得到拥包横断面，再将所有连续拥包横断面依次进行组合，重构出拥包的三维表面轮廓；步骤3：建立拥包三维坐标系；步骤4：根据基于平滑数据重构的拥包三维表面轮廓，分析拥包病害的三维形貌特征，提取拥包多维度特征指标；步骤5：以零等高线围成的水平面为基准面，计算沥青路面拥包病害的拥包多维度特征指标；步骤6：根据拥包的多维度特征指标计算结果，分析拥包病害的严重程度，估计其对行车的影响范围，推算修补面积，推测拥包的成因。

【技术特征摘要】
1.一种沥青路面拥包多维度特征指标识别方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：利用三维线激光检测设备对沥青路面拥包病害进行扫描，获取包含拥包形貌的原始三维线激光高程点云数据，并对原始三维线激光点云数据进行平滑，获得准确反映拥包三维形貌特征的高程点云数据；步骤2：用准确反映拥包三维形貌特征的高程点云数据在每个检测横断面上逐个光滑连接得到拥包横断面，再将所有连续拥包横断面依次进行组合，重构出拥包的三维表面轮廓；步骤3：建立拥包三维坐标系；步骤4：根据基于平滑数据重构的拥包三维表面轮廓，分析拥包病害的三维形貌特征，提取拥包多维度特征指标；步骤5：以零等高线围成的水平面为基准面，计算沥青路面拥包病害的拥包多维度特征指标；步骤6：根据拥包的多维度特征指标计算结果，分析拥包病害的严重程度，估计其对行车的影响范围，推算修补面积，推测拥包的成因。2.根据权利要求1所述的一种沥青路面拥包多维度特征指标识别方法，其特征在于，步骤1中对原始三维线激光点云数据进行平滑具体包括：a)利用加权回归散点平滑法对原始三维线激光高程点云数据进行平滑处理，修复缺失点；b)利用局部拉依达法则对a)中平滑后的数据进行异常点剔除；c)再利用加权回归散点平滑法对b)中剔除异常点后的数据进行缺失点修复。3.根据权利要求1所述的一种沥青路面拥包多维度特征指标识别方法，其特征在于，步骤3中建立拥包三维坐标系具体为：在拥包附近找一能够将整个拥包包含在第一象限的路面点作为原点O；以道路中心线的垂线为横坐标，以道路中心至道路边线方向为坐标正向，用X表示；以道路纵向为纵坐标，以行车方向为坐标正向，用Y表示；垂直于水平面方向为高程方向，以向上为正向，用H表示，表示激光点云的数值大小。4.根据权利要求1所述的一种沥青路面拥包多维度特征指标识别方法，其特征在于，步骤4中拥包高度指拥包最高点与基准面的高程差值；拥包宽度指拥包在路面横向的最大覆盖长度；拥包长度指拥包在道路纵向的最大延伸长度；拥包面积指拥包凸起部分覆盖路面的面积；拥包体积指拥包凸起部分的体积；拥包行车坡度指行车方向拥包隆起的最大坡度值。5.根据权利要求1所述的一种沥青路面拥包多维度特征指标识别方法，其特征在于，拥包多维度特征指标包括拥包高度Hy、拥包宽度Wy、拥包长度Ly、拥包面积Ay、拥包体积Vy以及拥包行车坡度Φy。6.根据权利要求5所述的一种沥青路面拥包多维度特征指标识别方法，其特征在于，拥包高度Hy、拥包宽度Wy、拥包长度Ly、拥包面积Ay、拥包体积Vy以及拥包行车坡度Φy的计算方法如下：拥包高度Hy：Hy＝Hmax...

【专利技术属性】
技术研发人员：惠冰，梁海媚，张洪伟，王学营，李喆，
申请(专利权)人：长安大学，内蒙古自治区交通建设工程质量监督局，
类型：发明
国别省市：陕西,61