基于激光点云数据的路面平整度标准场地量值溯源方法技术

本发明专利技术公开了一种基于激光点云数据的路面平整度标准场地量值溯源方法，包括点云提取、点云处理、截面轮廓提取、路面平整度值计算和测量一致性计算，通过激光扫描的方法可以一次性获取多组数据，通过均值处理、一致性计算以及相关性精度分析后，可直接得到被测标准场地的实际路面状况，能够更加真实、全面地反应被测路面的路面平整度指标的情况；在进行测量结果的评价时，可以将不同截面的测量一致性作为主要依据，并结合精度分析，更加方便精确且直观地对被测标准场地的状况进行评估，进而可以提高标准场地量值溯源的准确性和可靠性。以提高标准场地量值溯源的准确性和可靠性。以提高标准场地量值溯源的准确性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于激光点云数据的路面平整度标准场地量值溯源方法


[0001]本专利技术涉及路面平整度测量
，特别是一种基于激光三维点云数据的路面平整度标准场地量值溯源方法。

技术介绍

[0002]基于路面平整度、构造深度、车辙深度等关键指标的公路桥梁检测技术是支撑国家交通行业高质量发展的基础。通过建立该类关键评价指标的标准场地、制定指标的评价标准、实现指标量值的准确溯源是提高我国道路桥梁检测和监护领域高质量发展的重要措施。目前，国内外关于公路桥梁各关键计量指标的检测设备众多，但是各检测设备的量值溯源以及测试方法的评价尚未能达到较为成熟的阶段，依然存在“测不准、测不好”的问题，需要不断完善现有的公路桥梁主要计量指标的量值溯源体系。对于路面平整度标准场地的量值溯源方法，目前国内外针对该类标准场地的量值溯源主要采用电子水准仪进行测量，每隔一定的纵向距离采集一个高程数据并记录，将获得的高程数据输入标准的路面平整度指数计算程序即可获得该段标准场地的路面平整度标准值，即实现了该标准场地的量值溯源(亦可称为定值)；激光三维扫描技术目前广泛应用公路交通等领域，特别是在地理测绘、道路勘测、路表病害识别等方面具有广泛应用。其主要是通过激光扫描技术，获得被测对象表面海量的三维点坐标，从而通过不同的重构技术实现相应的需求。区别于水准测量方法，通过激光三维扫描技术可以获得更加全面的路表信息以及更高的测量精度，因此使用激光扫描设备对路面平整度标准场地进行扫描，并基于获得的点云数据进行路面平整度的分析与计算，是实现路面平整度标准场地量值溯源的一种可靠方法。
[0003]路面平整度标准场地是在基础路面上按照一定的间隔安装固定一组具有不同高度的标准块，模拟出路面的“高低起伏”，从而在一定的纵向长度内“设计”出不同的路面平整度值，该标准场地通过准确的量值溯源后即可开展对各类车载式路面平整度仪或道路检测车的计量。因此，路面平整度标准场地的量值准确与否，直接影响各类检测设备或检测车的量值准确性。
[0004]目前，路面平整度标准场地的量值溯源主要采用电子水准仪测量的方法，即将电子水准仪架设于合适位置，以一定的纵向间隔逐点测量高程数据，将所有的高程数据记录并导入路面平整度计算程序计算即可获得该段标准路面的路面平整度值。该方法目前存在以下问题：1、该方法只能测量一条测量路线上的高程数据，不能一次性实现多条测量路线的高程测量，最终获得的指标实测值的可靠性和一致性难以保证，由此带来的问题就是不能真实、全面地反应标准路面的情况；2、由于水准测量是逐点测量的方式，如果进行重复性测量或者不同纵向测量路线测量时，则需要耗费大量的时间和人力，由此带来的问题就是效率低下。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有的路面平整度测量中存在的问题，提出了本专利技术。
[0006]因此，本专利技术提供一种基于激光点云数据的路面平整度标准场地量值溯源方法，通过激光扫描设备获取标准路面表面的三维点云数据，通过提取等间距分布的不同纵向截面的路表轮廓数据，计算出路面平整度指数的值，以各截面轮廓的路面平整度指数的平均值作为该段标准路面的路面平整度指数值，从而实现了路面平整度指数标准场地的量值溯源。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：包括以下步骤：
[0008]步骤S1，点云提取，在被测标准场地中确定好扫描设备起始位置之后，使用扫描设备沿所述被测标准场地的路面纵向移动且连续扫描，将基础路面和标准高度块组合而成的标准场地表面轮廓，进行一次性的连续扫描完成后，获取点坐标数据；
[0009]步骤S2，点云处理，在点云提取扫描完毕后，使用扫描设备自带的测量软件对获取的点云数据进行处理后，获取截面轮廓曲线的坐标数据并导出；
[0010]步骤S3，截面轮廓提取，对每条所述截面轮廓的坐标数据进行坐标点提取后，依次连续取点，得到一组点坐标数据；
[0011]步骤S4，路面平整度值计算，通过路面平整度标准计算后，得到路面平整度值IRI
k
；
[0012]步骤S5，测量一致性计算，将不同截面的路面平整度值IRI
k
通过实验偏差计算后，得到所述被测标准场地实际路面状况的路面平整度一致性数据，将不同截面的路面平整度一致性数据，作为当前被测标准场地实际路面状况的判断数据输入，同时融合上述路面平整度值IRI
k
后，通过统计和计算得到被测标准场地路面状态系数r，所述被测标准场地路面状态系数r作为对当前被测标准场地实际路面状况的判断的精确评估的标准，用于精确确定当前被测标准场地的实际路面状况。
[0013]作为本专利技术的一种优选方案，其中：步骤S2中点云处理，具体地步骤如下：
[0014]步骤S201，对扫描获取的点云数据进行裁剪，且删去噪声点以及边缘点；
[0015]步骤S202，利用最小区域法拟合平面，并建立笛卡尔直角坐标系；
[0016]步骤S203，在笛卡尔直角坐标系中构造互相平行的若干平面后，对拟合平面进行截取后获取截面轮廓，其中x向为标准场地纵向，利用测量软件构造沿 y方向等间距分布的若干个平面垂直截取拟合平面，从而获得若干个截面轮廓；
[0017]步骤S204，将若干个所述截面轮廓曲线的坐标数据以“*.txt”格式导出，留作分析计算用。
[0018]作为本专利技术的一种优选方案，其中：步骤S3中截面轮廓提取，具体地步骤如下：
[0019]步骤S301，每条所述截面轮廓的点坐标为{x
i
,y
i
,z
i
}，其中i为坐标点数量， i＝1，2，3，
…
，单位为mm；
[0020]步骤S301，以x1为起点，以及间距距离250mm为采样间隔距离，依次连续取点，得到一组点坐标{x
Rj
,y
Rj
,z
Rj
}。
[0021]作为本专利技术的一种优选方案，其中：步骤S4中路面平整度值计算，具体地步骤如下：
[0022]将步骤S301中获得的{z
Rj
}带入路面平整度标准计算公式后，得到路面平整度值IRI
k
，路面平整度标准计算公式如下：
[0023]其中k为截面轮廓序号。
[0024]作为本专利技术的一种优选方案，其中：结合所述路面平整度值IRI
k
和所述路面平整度一致性数值S，通过皮尔森系数公式计算得到被测标准场地路面状态系数r，所述皮尔森系数公式如下：
[0025][0026]其中X为路面平整度值IRI
k
，Y为路面平整度一致性数值S，为路面平整度值IRI
k
的均数，为路面平整度一致性数值S的均数。
[0027]作为本专利技术的一种优选方案，其中：所述被测标准场地路面状态系数r作为对被测标准场地实际路面状况的评估标准，具体地，将被测标准场地路面状态系数r按照相等区间数值进行分级，同时标定对应的判断精度区间。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光点云数据的路面平整度标准场地量值溯源方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，点云提取，在被测标准场地中确定好扫描设备起始位置之后，使用扫描设备沿所述被测标准场地的路面纵向移动且连续扫描，将基础路面和标准高度块组合而成的标准场地表面轮廓，进行一次性的连续扫描完成后，获取点坐标数据；步骤S2，点云处理，在点云提取扫描完毕后，使用扫描设备自带的测量软件对获取的点云数据进行处理后，获取截面轮廓曲线的坐标数据并导出；步骤S3，截面轮廓提取，对每条所述截面轮廓的坐标数据进行坐标点提取后，依次连续取点，得到一组点坐标数据；步骤S4，路面平整度值计算，通过路面平整度标准计算后，得到路面平整度值IRI
k
；步骤S5，测量一致性计算，将不同截面的路面平整度值IRI
k
通过实验偏差计算后，得到所述被测标准场地实际路面状况的路面平整度一致性数据，将不同截面的路面平整度一致性数据，作为当前被测标准场地实际路面状况的判断数据输入，同时融合上述路面平整度值IRI
k
后，通过统计和计算得到被测标准场地路面状态系数r，所述被测标准场地路面状态系数r作为对当前被测标准场地实际路面状况的判断的精确评估的标准，用于精确确定当前被测标准场地的实际路面状况。2.如权利要求1所述的一种基于激光点云数据的路面平整度标准场地量值溯源方法，其特征在于，步骤S2中点云处理，具体地步骤如下：步骤S201，对扫描获取的点云数据进行裁剪，且删去噪声点以及边缘点；步骤S202，利用最小区域法拟合平面，并建立笛卡尔直角坐标系；步骤S203，在笛卡尔直角坐标系中构造互相平行的若干平面后，对拟合平面进行截取后获取截面轮廓，其中x向为标准场地纵向，利用测量软件构造沿y方向等间距分布的若干个平面垂直截取拟合平面，从而获得若干个截面轮廓；步骤S204，将若干个所述截面轮廓曲线的坐标数据以“*.txt”格式导出，留作分析计算用。3.如权利要求2所述的一种基于激光点云数据的路面平整度标准场地量值溯源方法，其特征在于，步骤S3中截面轮廓提取，具体地步骤如下：步骤S301，每条所述截面轮廓的点坐标为{x
i
,y
i
,z
i
}，其中i为坐标点数量，i＝1，2，3，
…
，单...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珉，唐小聪，
申请(专利权)人：南京市计量监督检测院，
类型：发明
国别省市：