一种基于三维激光扫描的道路纵断面高程和平整度测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三维激光扫描的道路纵断面高程和平整度测量方法，采用线激光发射器扫描和三维CCD相机捕捉的方法获取初始路面曲线断面高程数据，然后通过滤波算法去除异常数据和道路纵断面坡度及竖曲线趋势，得到轮迹带内的竖向偏离度，最后根据竖向偏差程度数据，按照国际平整度指数算法和我国规范内算法计算得到国际平整度指数IRI和行驶质量指数RQI。与现有技术相比，本发明专利技术采用线激光发射器扫描和三维CCD相机捕捉的方法测量道路纵断面高程数据，适用于路面纵断面高程和路表三维高程的快速测量，测量速度不受车速影响；本发明专利技术有效的消除了车辆振动和路面纵断面趋势的影响，路面纵断面高程的测量重复稳定性和精度显著提高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维激光扫描的道路纵断面高程和平整度测量方法
本专利技术涉及道路测量工程
，特别是一种基于三维激光扫描的道路纵断面高程和平整度测量方法。
技术介绍
高速行驶车辆的安全性和舒适性是道路服务水平的重要指标之一，已有实验表明，大约90％以上的路面服务性能来自于路面平整度，因此路面平整度也是路面技术状况检测和评定众多项目中最为重要的指标之一。道路平整度的定义是：路面表面相对于理想平面的竖向偏差程度。现有的路面平整度的检测设备主要包括两大类：断面类平整度检测设备和响应类平整度检测设备，其中断面类检测设备直接获取路面纵断面曲线。因此，道路纵断面曲线高程数据是计算路面平整度的基础。目前较为先进的检测设备是车载式点激光断面仪，该设备检测速度快、数据可靠、精度高，但存在着以下问题：1)测量精度受检测车颠簸和震动影响较大，使用加速度计来处理车辆自身颠簸的影响，存在不同步的问题；2)对检测环境要求高，减少对检测精度的影响；3)低于一定速度时的检测结果精度较差，因此检测过程中车辆需匀速行驶。计算路面平整度时需要去除路线纵断面坡度、路线凸凹竖曲线和路线平曲线横坡的影响，而车载式点激光断面仪由于是沿着车辆行驶轨迹测量得到的纵断面相对高程离散点，这些数据无法全面准确去除上述影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种基于三维激光扫描的道路纵断面高程和平整度测量方法。为达到上述目的，本专利技术是按照以下技术方案实施的：一种基于三维激光扫描的道路纵断面高程和平整度测量方法，包括以下步骤：S1、将线激光发射器和三维CCD相机集成在一个密闭控制箱4内，将控制箱固定在小车后端顶部，线激光发射器和三维CCD相机的镜头朝向小车后端的地面，调整线激光发射器安装角度使其焦点对准小车其中一个后轮的轮迹带，再调节线激光发射器镜头使线激光发射器发射的线激光沿着小车前进方向分布于其中一个后轮的轮迹带上；S2、调整三维CCD相机拍摄角度使焦点也对准小车其中一个后轮的轮迹带，调三维CCD相机得镜头使三维CCD相机的扫描线宽度与线激光发射器发射的线激光长度相同，且三维CCD相机最外侧的两条扫描线与轮迹带的两交点与线激光发射器发射的线激光的两端点重合；S3、在小车其中一个后轮的轮轴或轮胎上安装距离测量装置，并将距离测量装置与触发器连接，在小车内安装与触发器互联的微处理器，再将微处理器的信号输出线连接于线激光发射器和三维CCD相机，通过微处理器设置触发器的触发间隔距离，随着小车前行达到触发间隔距离，触发器触发成功使微处理器控制线激光发射器射出一条线激光，与其中一个后轮的轮迹带相交后得到曲线断面，控制三维CCD相机捕捉这条曲线断面上的所有激光点信息，微处理器经过处理后得到完整的曲线断面上高程数据；S4、微处理器根据采集得到的曲线断面上的高程数据，选择轮迹带计算长度，剔除异常数据，得到一定间距的轮迹带初步纵断面高程信息；S5、经过微处理器处理去除纵断面坡度和竖曲线趋势，得到路面表面相对于理想平面的竖向偏差程度；S6、微处理器根据得到的竖向偏差程度，采用世界银行组织颁布的国际平整度IRI算法计算国际平整度指数；S7、微处理器按照国家现有规范JTG5210-2018公路技术状况评定标准，计算得到路面行驶质量指数RQI。作为本专利技术的进一步优选方案，所述步骤S2中三维CCD相机的扫描线宽度与线激光发射器发射的线激光长度设置为3m。作为本专利技术的进一步优选方案，所述步骤S3中距离测量装置为距离测量编码器。作为本专利技术的进一步优选方案，所述步骤S3中触发间隔距离设置为1cm-3m。作为本专利技术的进一步优选方案，所述步骤S4中剔除异常数据是采用Butterworth滤波算法，即在轮迹带范围内的激光线上所有数据计算平均值和方差，剔除异常数据，直到方差满足计算精度要求，即认为该平均值代表轮迹带该测点的高程信息。作为本专利技术的进一步优选方案，所述步骤S5具体步骤如下：根据步骤S3中按照10cm的触发间隔距离得到的得到完整的曲线断面上高程数据，截取出散点数据，选取一定间距进行断面曲线拟合，拟合曲线行驶包括直线和竖曲线，当拟合精度达到要求时，即为道路纵断面曲线特征数据，通过真实的纵断面高程减去纵断面曲线高程即为路面表面相对于理想平面的竖向偏差程度，最后得到一定间距的轮迹带的纵断面竖向偏差程度数据。与现有技术相比，本专利技术采用线激光发射器扫描和三维CCD相机捕捉的方法测量道路纵断面高程数据，适用于路面纵断面高程和路表三维高程的快速测量，测量速度不受车速影响；本专利技术有效的消除了车辆振动和路面纵断面趋势的影响，路面纵断面高程的测量重复稳定性和精度显著提高。附图说明图1为本专利技术实施例的装置布置图。图2为本专利技术实施例的触发器的安装示意图。图3为本专利技术实施例的连续测量示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定专利技术。如图1-图3所示，本实施例的一种基于三维激光扫描的道路纵断面高程和平整度测量方法，包括以下步骤：S1、将线激光发射器5和三维CCD相机6集成在一个密闭控制箱4内，将控制箱4通过支架3固定在小车1后端顶部，线激光发射器5和三维CCD相机4的镜头朝向小车1后端的地面，调整线激光发射器5安装角度使其焦点对准小车1右后轮101的轮迹带2，再调节线激光发射器镜头5使线激光发射器5发射的线激光7沿着小车1前进方向分布于右后轮的轮迹带2上，本实施例中，将线激光发射器5发射的线激光7长度设置为3m；S2、调整三维CCD相机6拍摄角度使焦点也对准小车1右后轮的轮迹带2，调三维CCD相机6的镜头使三维CCD相机6的扫描线8宽度与线激光发射器发射的线激光7长度相同即也为3m，且三维CCD相机6最外侧的两条扫描线8与轮迹带2的两交点与线激光发射器5发射的线激光7的两端点重合；S3、在小车1右后轮101的轮轴或轮胎上安装距离测量编码器10(该距离测量编码器可以直接在市面上购买后安装使用)；并将距离测量编码器10与磁感应线圈触发器9(该磁感应线圈触发器可以直接在市面上购买后安装使用，其与距离测量编码器和微处理的具体电路连接关系可以按照常规操作说明进行，本实施例不再赘述)连接，在小车1内安装与磁感应线圈触发器9互联的微处理器11，再将微处理器11的信号输出线连接于线激光发射器5和三维CCD相机6，通过微处理器11设置磁感应线圈触发器9的触发间隔距离，随着车辆向前移动不同的距离，可以得到不同间距的激光线高程数据，间距最小可以为1cm，计算路面平整度时最小间距要求为10cm，该测量系统完全能够满足，且不受车辆行驶速度的影响；随着小车前行达到触发间隔距离，触发器触发成功使微处理器控制线激光发射器射出一条线激光，与右后轮的轮迹带相交后得到曲线断面，控制三维CCD相机捕捉这条曲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三维激光扫描的道路纵断面高程和平整度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、将线激光发射器和三维CCD相机集成在一个密闭控制箱4内，将控制箱固定在小车后端顶部，线激光发射器和三维CCD相机的镜头朝向小车后端的地面，调整线激光发射器安装角度使其焦点对准小车其中一个后轮的轮迹带，再调节线激光发射器镜头使线激光发射器发射的线激光沿着小车前进方向分布于其中一个后轮的轮迹带上；/nS2、调整三维CCD相机拍摄角度使焦点也对准小车其中一个后轮的轮迹带，调三维CCD相机得镜头使三维CCD相机的扫描线宽度与线激光发射器发射的线激光长度相同，且三维CCD相机最外侧的两条扫描线与轮迹带的两交点与线激光发射器发射的线激光的两端点重合；/nS3、在小车其中一个后轮的轮轴或轮胎上安装距离测量装置，并将距离测量装置与触发器连接，在小车内安装与触发器互联的微处理器，再将微处理器的信号输出线连接于线激光发射器和三维CCD相机，通过微处理器设置触发器的触发间隔距离，随着小车前行达到触发间隔距离，触发器触发成功使微处理器控制线激光发射器射出一条线激光，与其中一个后轮的轮迹带相交后得到曲线断面，控制三维CCD相机捕捉这条曲线断面上的所有激光点信息，微处理器经过处理后得到完整的曲线断面上高程数据；/nS4、微处理器根据采集得到的曲线断面上的高程数据，选择轮迹带计算长度，剔除异常数据，得到一定间距的轮迹带初步纵断面高程信息；/nS5、经过微处理器处理去除纵断面坡度和竖曲线趋势，得到路面表面相对于理想平面的竖向偏差程度；/nS6、微处理器根据得到的竖向偏差程度，采用世界银行组织颁布的国际平整度IRI算法计算国际平整度指数；/nS7、微处理器按照国家现有规范JTG5210-2018公路技术状况评定标准，计算得到路面行驶质量指数RQI。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于三维激光扫描的道路纵断面高程和平整度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将线激光发射器和三维CCD相机集成在一个密闭控制箱4内，将控制箱固定在小车后端顶部，线激光发射器和三维CCD相机的镜头朝向小车后端的地面，调整线激光发射器安装角度使其焦点对准小车其中一个后轮的轮迹带，再调节线激光发射器镜头使线激光发射器发射的线激光沿着小车前进方向分布于其中一个后轮的轮迹带上；
S2、调整三维CCD相机拍摄角度使焦点也对准小车其中一个后轮的轮迹带，调三维CCD相机得镜头使三维CCD相机的扫描线宽度与线激光发射器发射的线激光长度相同，且三维CCD相机最外侧的两条扫描线与轮迹带的两交点与线激光发射器发射的线激光的两端点重合；
S3、在小车其中一个后轮的轮轴或轮胎上安装距离测量装置，并将距离测量装置与触发器连接，在小车内安装与触发器互联的微处理器，再将微处理器的信号输出线连接于线激光发射器和三维CCD相机，通过微处理器设置触发器的触发间隔距离，随着小车前行达到触发间隔距离，触发器触发成功使微处理器控制线激光发射器射出一条线激光，与其中一个后轮的轮迹带相交后得到曲线断面，控制三维CCD相机捕捉这条曲线断面上的所有激光点信息，微处理器经过处理后得到完整的曲线断面上高程数据；
S4、微处理器根据采集得到的曲线断面上的高程数据，选择轮迹带计算长度，剔除异常数据，得到一定间距的轮迹带初步纵断面高程信息；
S5、经过微处理器处理去除纵断面坡度和竖曲线趋势，得到路面表面相对于理想平面的竖向偏差程度；
S6、微处理器根据得到的竖向偏差程度，采用世界银行组织颁布的国际平整度IRI算...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鹤松，王永光，宋喜颖，郭昊，陈泓宇，司昕昌，于艳丽，段海侠，赫福斌，乔佳伟，贾希伟，王博文，王全勇，崔永学，邱菊，
申请(专利权)人：中公诚科吉林工程检测有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22