CN103758017B - 路面高程三维网格数值检测方法与检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种路面高程三维网格数值检测方法与检测系统，该检测系统包括测量平台以及可移动式测量小车，测量小车可沿车道移动，测量平台上安装有扇形面激光发射器和面阵CCD，扇形面激光发射器用于发射一与车道所在路面垂直的扇形平面激光，该扇形平面激光横向切交车道并形成一横跨车道双侧白线的横断面激光标线，面阵CCD构成一路面激光标线图像采集装置用于采集路面激光标线图像，测量小车上安置计算机图像采集与信息处理系统以发送图像采集控制信并进行图像处理，得到按照车道白线为Y轴的网格坐标数据库。本发明利用车道两侧白线以及激光连续测量形成正交网格数据库，可基于此实现路面技术指标的全面检测。

Description

路面高程三维网格数值检测方法与检测系统

技术领域

本发明涉及测量设备领域，尤其是路面几何结构与技术状况的测量与显示，具体而言涉及一种路面高程三维网格数值检测方法与检测系统，用于各种路面包括道路、广场、机场、平台等表面三维几何形状、断面结构与车辙的标定，多纵断面平整度的测量。

背景技术

随着我国高速公路的迅速发展，在线高速智能路面自动检测设备已大量使用。但价格高，技术复杂，一般为专业公司装备，定期作商业检测，但这种多功能自动检测设备的车辙，平整度分系统的结构与技术性能由于长路程使用机械震动等原因发生改变，测量结果偏离真实，甚至相反，需要到专业单位用专用方法标定，费力费时，如平整度尚有国际规程，用一级水准仪人工逐点严格测量路面高程曲线计算出IRI进行比较标定。而车辙的测量方法多种如共梁多高程传感器方法，线激光方法，激光扫描测距法等，国家规程也难于确定公认的标定方法。列入规程的现场标定方法是传统的三米尺人工逐点测量最大变形深度方法显然是既费力费时又很简单而不精确的方法。不能给出车辙形状和断面曲线，因此研制一种原理明确可信，方便快捷的平整度，特别是车辙的现场比较标定设备，保证高速自动检测设备的现场快速比较标定以保证高速自动设备的高效准确。

现有技术状况及其存在的缺陷或不足：

1）自动快速检测设备对检测结果正确性缺乏自我评判力，依赖于年检或专业标定结果，平整度，车辙等自动快速检测设备给出结果为统计数据和报表，难以评判结果的正确性，设备也没有自标定能力，特别是当遇到复杂路况和异常情况，对检测结果产生怀疑时或和相关单位产生争议时，急需客观评判比较和现场严格标定。但尚没有满足要求的现场标定或比较设备。

2）平整度的测量，国家规程确定用一级水准仪逐点直接测量路面高程曲线，虽为人工费时方法但直观公认，显然用于不能现场比较标定，低速的手推式平整度仪，和车载平整度仪，都不能得到路段的路面高程曲线，不能作为标定设备。

3）车辙的检测与标定，车辙测量方法很多，例如三米尺方法，共梁多高程传感器方法，线激光方法与激光扫描法等，但存在测量基准问题，数据的稳定性，得不到按规程定义的理想的车辙断面曲线。特别是没有严格的车辙标定方法更没有可靠的现场车辙标定技术方法。

4）横断面测量，在早期规程的横断面仪上，用长横梁为基，滑动对地接触高程传感器得到路面高程断面曲线，直观可信，但接触测量受路面影响大，车辙的单断面现场精确标定与路段标顶比较测量的仍是困难问题。

5）路面破损，裂缝类二维破损已公认为用人工直接观测判读比较，但三维破损如拥包，坑槽等无法人工判别，观察，路段三维破损与形状的直观显示与测量，特别是水平基的三维显示更待解决。

发明内容

针对现有技术的缺陷和不足，本发明旨在提供一种路面高程三维网格数值检测方法与检测系统，利用车道两侧白线以及激光连续测量形成正交网格数据库，可基于此实现路面技术指标的全面检测。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种路面高程三维网格数值检测方法，包括以下步骤：

向一车道发射与该车道所在路面垂直且横向切交该车道双侧白线的扇面激光光束，形成一横跨车道双侧白线的横断激光标线；

利用一基于预定横断间隔的图像采集控制信号控制一激光标线图像采集装置连续采集路面激光标线图像；以及

根据所采集的路面激光标线图像构建路面高程正交网格坐标数据库：以车道一端白线为纵坐标方向Y轴，以横断激光标线为横坐标方向X轴，其中以横断激光标线与所述车道一端白线的交点作为X轴的零点，得到统一按照车道白线为Y轴的正交网格坐标数据库，其中，所述网格坐标中的横向间隔与纵向间隔的距离相等。

进一步的实施例中，所述路面激光标线图像采集时，采集间隔满足：所述预定横断间隔小于等于100毫米。

进一步的实施例中，所述横向间隔和纵向间隔为100毫米。

根据本发明的改进，本发明的另一方面还提出一种路面高程三维网格数值检测系统，包括测量平台以及可移动式测量小车，该测量小车可沿车道移动，其中：

所述测量平台上安装有一激光发射器以及一面阵CCD，所述激光发射器用于向所述车道发射一与该车道所在路面垂直且横向切交该车道双侧白线的扇面激光光束，形成一横跨车道双侧白线的横断激光标线，所述面阵CCD构成一激光标线图像采集装置用于采集路面激光标线图像；

所述测量小车上安置有一计算机图像采集与信息处理系统，该计算机图像采集与信息处理系统用于向所述激光标线图像采集装置发送图像采集控制信号以控制进行路面激光标线图像采集，并且根据所采集到的路面激光标线图像进行图像处理：以车道一端白线为纵坐标方向Y轴，以横断激光标线为横坐标方向X轴，其中以横断激光标线与所述车道一端白线的交点作为X轴的零点，得到统一按照车道白线为Y轴的正交网格坐标数据库，其中，所述网格坐标中的横向间隔与纵向间隔的距离相等。

进一步的实施例中，，所述面阵CCD与所述激光发射器安置于与所述路面等高并间隔开的位置以构成连续三角测距列阵。

进一步的实施例中，所述测量小车上还安置有一里程计以及码盘，所述码盘安装在所述测量小车的车轮上，所述里程计基于所述码盘输出的电脉冲信号计算测量小车的行进，所述计算机图像采集与信息处理系统根据所述测量小车的行进并基于一预定横断间隔发送图像采集控制信号以控制所述激光标线图像采集装置采集路面激光标线图像。

进一步的实施例中，其特征在于，所述激光标线图像采集图像时，采集间隔满足：所述预定横断间隔小于等于100毫米

进一步的实施例中，所述横向间隔和纵向间隔为100毫米。

进一步的实施例中，所述面阵CCD与所述扇形面激光发射器之间所间隔开的距离D满足：令所述面阵CCD与所述地面之间的距离为H，则D的范围在H/2～H/3之间。

进一步的实施例中，所述面阵CCD为双拼CCD。

由以上本发明的技术方案可知，本发明提供的路面高程三维网格数值检测方法与检测系统，利用车道两侧白线以及激光连续测量形成正交网格数据库，可基于此实现路面技术指标的全面检测。从三角激光测距传感器测量路面高程技术方法出发，原理可靠、稳定精确，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：以路面车道线为纵向Y轴，以垂直车道线的横断面线为X轴，以道路设计路面为断面测量基准，建立路面高程数值三维网格数据库，横断面纵向数据间隔应小于平整度测量规程要求的纵向数据间隔，横断面数据处理以一侧与车道线交点为零点，横向数据间隔可取与纵向数据间隔相等，则得到能表征路面较全面的技术特征的正交三维高程数值网隔数据库，基于此可得到全面的路面技术指标。

附图说明

图1为本发明一实施方式路面高程三维网格数值检测方法的实现流程图。

图2为图1实施例中利用激光发射器发射扇面激光光束所产生的横断激光标线的示意图。

图3为图1实施例中形成路面正交网络数据点位置的示意图。

图4为本发明一实施方式路面高程三维网格数值检测系统的结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

图1所示为本发明一实施方式路面高程三维网格数值检测方法的实现流程，其中，一种路面高程三维网格数值检测方法，包括以下步骤：向一车道发射与该车道所在路面垂直且横向切交该车道双侧白线的扇面激光光束，形成一横跨车道双侧白线的横断激光标线；利用一基于预定横断间隔的图像采集控制信号控制一激光标线图像采集装置连续采集路面激光标线图像；以及根据所采集的路面激光标线图像构建路面高程正交网格坐标数据库：以车道一端白线为纵坐标方向Y轴，以横断激光标线为横坐标方向X轴，其中以横断激光标线与所述车道一端白线的交点作为X轴的零点，得到统一按照车道白线为Y轴的正交网格坐标数据库，其中，所述网格坐标中的横向间隔与纵向间隔的距离相等。

参考图2所示，本实施例中，可以由一个或者至少两个激光发射器发射扇面激光光束，形成横跨车道双侧白线的横断激光标线。

激光发射器优选采用绿光激光发射器。

优选地，前述激光标线图像采集装置为一个面阵CCD，其分辨率为2048*1024。

在一些实施例中，激光标线图像采集装置与激光发射器等高度且间隔地放置，这样以形成激光三角测距，其原理可靠、稳定精确。当然，在另一些实施例中，所述激光标线图像采集装置与激光发射器也可以是非等高度地设置，其亦能满足图像采集的目的。

作为可选的实施方式，图像采集控制信号可以是来源一计算机系统，例如计算机图像采集与信息处理系统，产生图像采集控制信号并发送至激光标线图像采集装置以控制其采集图像。另选的实施方式，图像采集控制信号基于一里程计和码盘的电脉冲信号并给予预定的横断间隔来控制发出采集控制信号，这样确保图像采集的连续性，并满足采集间隔要求。

作为优选地，前述图像采集控制信号控制所述激光标线图像采集装置对路面激光标线图像的采集间隔满足：所述预定横断面间隔满足平整度纵向数据间隔要求。作为优选地，路面激光标线图像采集时，采集间隔满足：预定横断间隔小于等于100毫米。

本实施例中，作为优选地，正交网格坐标数据库的横向间隔和纵向间隔均为100毫米。如图3所示为所形成正交网络数据点位置（正交网格坐标数据）的一个示例，其横向间隔和纵向间隔均相同。

图4所示为本发明一实施方式路面高程三维网格数值检测系统的结构示意图，其中，一种路面高程三维网格数值检测系统包括测量平台1以及可移动式测量小车2，该测量小车2可沿车道移动。

如图4所示，测量平台1上安装有一激光发射器11以及一面阵CCD12，激光发射器11用于向所述车道发射一与该车道所在路面M垂直且横向切交该车道双侧白线的扇面激光光束，形成一横跨车道双侧白线的横断激光标线JG，面阵CCD12构成一激光标线图像采集装置用于采集路面激光标线图像，面阵CCD12与激光发射器11安置于距离所述路面M等高度并间隔开的位置以构成连续三角测距列阵。

较佳地，面阵CCD12与激光发射器11之间所间隔开的距离D满足：令所述面阵CCD12与所述地面M之间的距离为H，则D的范围在H/2～H/3之间。

作为可选的实施例，所述面阵CCD与所述地面M之间的距离为H为1500毫米，所述面阵CCD12与所述扇形面激光发射器1之间所间隔开的距离D为500毫米。

作为优选的实施例，面阵CCD的分辨率为2048*1024。更进一步优选的实施例中，所述面阵CCD为双拼CCD，这样可实现像素比小于1mm/像素。

如图2所示，扇面激光光束必须严格垂直路面并横切路面，所述横断激光标线JG垂直并跨车道的双侧白线（L1、L2），即宽度大于车道宽度，通常车道宽度是3.75米。

如图4所示，测量小车2上安置有一计算机系统，例如计算机图像采集与信息处理系统21，该计算机图像采集与信息处理系统21用于向所述激光标线图像采集装置发送图像采集控制信号以控制进行路面激光标线图像采集，并且根据所采集到的路面激光标线图像进行图像处理：以车道一端白线为纵坐标方向Y轴，以横断激光标线为横坐标方向X轴，其中以横断激光标线与所述车道一端白线的交点作为X轴的零点，得到统一按照车道白线为Y轴的正交网格坐标数据库，其中，所述网格坐标中的横向间隔与纵向间隔的距离相等。

优选地，本实施例中，所述测量小车2上安置有一里程计22以及码盘23，所述码盘23安装在所述测量小车的车轮上，所述里程计22基于所述码盘23输出的电脉冲信号计算测量小车2的行进，所述计算机图像采集与信息处理系统21根据所述测量小车的行进并基于一预定横断间隔发送所述图像采集控制信号以控制所述激光标线图像采集装置采集路面激光标线图像，并传输至所述计算机图像采集与信息处理系统21，这样，可得到连续序列的路面横断高程数据。

该计算机图像采集与信息处理系统21与面阵CCD12之间的数据传输可以是有线方式，例如数据线，也可以是通过无线传输的方式实现，例如基于IEEE标准的Wifi传输，或者是蓝牙传输，或者是其他无线传输方式。

本实施例中，所述图像采集控制信号控制所述激光标线图像采集装置对路面激光标线图像的采集间隔满足：所述预定横断面间隔满足平整度纵向数据间隔要求，作为优选的实施方式，路面激光标线图像采集时，采集间隔满足：预定横断间隔小于等于100毫米。

当然，对于特殊的测量要求，也可设置其满足对应的要求，例如，满足小于等于50毫米的要求，本发明并不以上述要求为限制。

所述计算机图像采集与信息处理系统21根据所述采集到的路面激光标线图像，进行图像处理，以车道一端白线为纵坐标方向Y轴，以横断激光标线为横坐标方向X轴，其中以横断激光标线与所述车道一端白线的交点作为X轴的零点，得到统一按照车道白线为Y轴的正交网格坐标数据库，其中，所述网格坐标中的横向间隔与纵向间隔的距离相等。这样，形成路面正交三维数据网格数据库，方便显示与测量。

本实施例中，所述计算机图像采集与信息处理系统21包括一个计算机，其运行有图像采集控制软件和图像处理软件，并可发出图像采集控制信号和根据输入的图像信息进行处理。

相比传统的平整度、车辙的测量方法，大多都是基于激光距离和长度测量，例如激光三角测距传感器与投影线激光高程变形显示法、激光车辙扫描法，以激光三角测距传感器最成熟，精度高，稳定而广泛用于平整度与车辙测量，推广面最大，但价格高，且为独立的点测量，用于平整度离散点高程测量统计较好，用于车辙及路形测量则显不足，沿横向断面线测点间隔大，测梁长度限于车宽，两端激光斜射且不能达到车道边的不变形基准，即测量点阵长度短，两端作为车辙计算基准误差大；二线激光法形象、简单直观，也广泛用与车辙测量，线激光法为对路面斜射投影扇形激光和路面相交形成的标线很直观显示车辙断面形状由全场连续跨度大的优点，灵敏度也很高，但车载动态测量稳定性与确定性不理想。

由以上本发明的技术方案可知，本发明所提出的路面高程三维网格数值检测系统，利用车道两侧白线以及激光连续测量形成正交网格数据库，可基于此实现路面技术指标的全面检测。优选地用垂直路面的扇形激光照射路面形成由无数光斑列阵形成的长度充分长的连续激光列阵与标线，扇形激光发射器与高分辨二维CCD形成标线列阵连续型三角激光断面传感器，可直接测量充分长横断面高程曲线，且两端可覆盖车道基准面，保证网格各点高程测量皆以设计路面或实际平均路面为基准满足平整度，车辙与路形测量的基准要求（任何路面变形都是相对原未变形路面而言），激光垂直路面测量则保证了测量的稳定性与确定性。

本发明的一些实施方式从三角激光测距传感器测量路面高程的原理出发，其原理可靠、稳定精确，与现有技术相比，其有益效果在于：以路面车道线为纵向Y轴，以垂直车道线的横断面线为X轴，以道路设计路面为断面测量基准，建立路面高程数值三维网格数据库，横断面纵向数据间隔应小于平整度测量规程要求的纵向数据间隔，横断面数据处理以一侧与车道线交点为零点，横向数据间隔可取与纵向数据间隔相等，则得到能表征路面较全面的技术特征的正交三维高程数值网隔数据库，基于此可得到全面的路面技术指标。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种路面高程三维网格数值检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

向一车道发射与该车道所在路面垂直且横向切交该车道双侧白线的扇面激光光束，形成一横跨车道双侧白线的横断激光标线；

利用一基于预定横断间隔的图像采集控制信号控制一激光标线图像采集装置连续采集路面激光标线图像；以及

根据所采集的路面激光标线图像构建路面高程正交网格坐标数据库：以车道一端白线为纵坐标方向Y轴，以横断激光标线为横坐标方向X轴，其中以横断激光标线与所述车道一端白线的交点作为X轴的零点，得到统一按照车道白线为Y轴的正交网格坐标数据库，其中，所述网格坐标中的横向间隔与纵向间隔的距离相等。

2.根据权利要求1所述的路面高程三维网格数值检测方法，其特征在于，所述路面激光标线图像采集时，采集间隔满足：所述预定横断间隔小于等于100毫米。

3.根据权利要求1所述的路面高程三维网格数值检测方法，其特征在于，所述横向间隔和纵向间隔为100毫米。

4.一种路面高程三维网格数值检测系统，其特征在于，包括测量平台以及可移动式测量小车，该测量小车可沿车道移动，其中：

所述测量平台上安装有一激光发射器以及一面阵CCD，所述激光发射器用于向所述车道发射一与该车道所在路面垂直且横向切交该车道双侧白线的扇面激光光束，形成一横跨车道双侧白线的横断激光标线，所述面阵CCD构成一激光标线图像采集装置用于采集路面激光标线图像；

所述测量小车上安置有一计算机图像采集与信息处理系统，该计算机图像采集与信息处理系统用于向所述激光标线图像采集装置发送图像采集控制信号以控制进行路面激光标线图像采集，并且根据所采集到的路面激光标线图像进行图像处理：以车道一端白线为纵坐标方向Y轴，以横断激光标线为横坐标方向X轴，其中以横断激光标线与所述车道一端白线的交点作为X轴的零点，得到统一按照车道白线为Y轴的正交网格坐标数据库，其中，所述网格坐标中的横向间隔与纵向间隔的距离相等。

5.根据权利要求4所述的路面高程三维网格数值检测系统，其特征在于，所述面阵CCD与所述激光发射器安置于与所述路面等高并间隔开的位置以构成连续三角测距列阵。

6.根据权利要求4所述的路面高程三维网格数值检测系统，其特征在于，所述测量小车上还安置有一里程计以及码盘，所述码盘安装在所述测量小车的车轮上，所述里程计基于所述码盘输出的电脉冲信号计算测量小车的行进，所述计算机图像采集与信息处理系统根据所述测量小车的行进并基于一预定横断间隔发送图像采集控制信号以控制所述激光标线图像采集装置采集路面激光标线图像。

7.根据权利要求6所述的路面高程三维网格数值检测系统，其特征在于，所述激光标线图像采集图像时，采集间隔满足：所述预定横断间隔小于等于100毫米。

8.根据权利要求7所述的路面高程三维网格数值检测系统，其特征在于，所述横向间隔和纵向间隔为100毫米。

9.根据权利要求4所述的路面高程三维网格数值检测系统，其特征在于，所述面阵CCD与所述激光发射器之间所间隔开的距离D满足：令所述面阵CCD与地面之间的距离为H，则D的范围在H/2～H/3之间。

10.根据权利要求4所述的路面高程三维网格数值检测系统，其特征在于，所述面阵CCD为双拼CCD。