CN107677268B - 车载式道路几何线性信息自动测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车载式道路几何线性信息自动测量装置，其特征在于，包括：惯性测量单元、三维激光设备、测距仪和电脑终端；所述三维激光设备由左激光设备和右激光设备组成;所述惯性测量单元、三维激光设备、测距仪分别连入电脑终端，实时向电脑终端传送采集车辆行驶过程中获得的车辆数据和道路线性几何信息；及基于该装置的车载式道路几何线性信息自动测量方法。通过本发明的装置和方法，可以实现高速、高效、路网级的道路几何参数的自动采集，减少数据采集的难度以及人力的消耗，并消除检测车辆在道路几何检测中振动和偏移带来的误差，提高测量的准确度，该设备及方法可运用于道路管理部门进行道路的竣工验收、道路信息大数据的采集。

Description

车载式道路几何线性信息自动测量装置及方法

技术领域

本发明属于道路测量领域，特别涉及一种车载式道路几何线性信息自动测量装置及方法。

背景技术

目前，国内外对于道路几何参数运用人工测绘的方法采集，但该方法检测效率低、准确率低，要消耗大量的人力物力，在高速路上采集数据影响交通，不利于行车安全，不能实现路网级的数据采集及分析。

国内外对于道路水平曲线半径的测量方法主要通过卫星地图数据，并结合弦长法、弦平面圆法以及圆拟合法计算道路平曲线半径。但卫星地图的数据精度太低，且路面树木、广告牌、建筑物等的遮挡，会影响道路路线的描绘。同时，目前广泛使用的平曲线半径计算方法，都是建立在已经识别直圆/圆直点的基础上。人工法进行直圆/圆直点的识别定位降低了测量的效率。另一种广泛采用的方法，是通过安装车载仪器进行道路几何线性的测量，例如：球式示倾器(BBI)、地理信息系统(GIS)等仪器。车载球式示倾器可测量车辆横向加速度，然后根据点质量公式和弧度测量方法计算曲线半径。但该仪器不能直接测量平曲线的直圆/圆直点，并且车身的倾斜和车速的变化会影响平曲线半径测量的准确度。地理信息系统(GIS)是通过记录车辆的位置和轨迹信息，进而计算平曲线的相关参数，但目前使用的算法，入圆周匹配法等，仍无法对平曲线的直圆/圆直点进行自动识别定位，还需要大量的人工辅助测量，对于复杂曲线依旧缺乏自动识别能力，因此仍不能实现高效的路网级测量。同时，车载设备虽实现了自动化的数据采集，然而也带来了新的误差：检测过程中车辆的偏移颠簸都会影响检测的结果。然而，目前极少有研究针对检测车带来的误差，对测量结果进行校正。

发明内容

现有的道路几何线性信息自动化采集设备及方法存在一定的局限性。主要问题存在于无法自动检测识别平曲线的直圆/圆直点，降低了检测的效率；检测车偏移、颠簸会为检测结果带来误差，并没有针对其对测量结果进行有效的校正。

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种车载式道路几何线性信息自动测量装置及方法，采用惯性测量单元、三维激光设备以及测距仪进行数据采集，并创造性地提出相配套的道路平曲线直圆/圆直点的自动识别方法、平曲线半径测量方法、道路横纵坡度测量方法，本发明消除了数据采集过程中检测车辆偏移和振动带来的影响，提高水平曲线、横坡的测量准确性，从而构提供可靠性强的道路几何线性数据。

本发明采用以下技术方案：一种车载式道路几何线性信息自动测量装置，其特征在于，包括：惯性测量单元、三维激光设备、测距仪和电脑终端；所述三维激光设备由左激光设备和右激光设备组成；所述惯性测量单元、三维激光设备、测距仪分别连入电脑终端，实时向电脑终端传送采集车辆行驶过程中获得的车辆数据和道路线性几何信息。

优选地，所述惯性测量单元安装于车辆内部；所述左激光设备和右激光设备分别安装于车辆尾部的左侧和右侧，且位于同一水平线上；所述测距仪为轮式测距仪，安装于车辆后车轮上；所述惯性测量单元、三维激光设备、轮式测距仪数据同步进行数据采集，并在电脑终端完成数据匹配。

优选地，所述惯性测量单元获取车辆行驶过程中的航向角、俯仰角和横滚角数据；所述三维激光设备获取车辆行驶过程中车辆与路面之间的横向夹角数据。

基于本发明装置，本发明还提供了一种车载式道路几何线性信息自动测量方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)采集获得车辆行驶过程中的车辆数据和道路线性几何信息；

(2)电脑终端采用改进型K-均值聚类分析法和线性拟合自动检测道路线性几何信息中平曲线的直圆/圆直点；

(3)电脑终端计算得到道路的平曲线半径；

(4)电脑终端采用三维激光设备测量得到的车辆与路面之间的横向夹角数据矫正惯性测量单元测量得到的横滚角数据并计算出道路横坡度，采用惯性测量单元测量得到的俯仰角数据计算出道路纵坡度；

(5)电脑终端输出道路线性几何测量结果信息。

优选地，所述采用改进型K-均值聚类分析法和线性拟合自动检测道路线性几何信息中平曲线的直圆/圆直点包括以下步骤：

步骤S1：通过改进型K-均值聚类分析法进行候选节点自动识别；

步骤S2：以航向角数据的样本ID作为横坐标，航向角值作为纵坐标作图，得到航向角数据图，将改进型K-均值聚类分析方法得到的候选节点，通过其样本ID在航向角数据图上进行标记；

步骤S3：将位于过渡段的节点作为参考点，移除候选节点前后的M个样本数据，使数据组在航向角数据图中被切断并分成若干近似直线的部分；

步骤S4：对被切断的若干近似直线的片段对应的数据进行线性拟合；

步骤S5：在航向角数据图上延长各拟合线段，并使其相交，将交点即为水平曲线的直圆或圆直点，根据交叉点的样本ID，将直圆/圆直点的具体位置在航向角数据以及行车轨迹数据上进行标记；

其中，步骤S1具体为：

步骤S11：确定聚类分析的K值，其中，H(x,y)为航向角数据；G(x,y)为航向角梯度值；G′(x,y)为航向角梯度二阶导数，

航向角的梯度和航向角梯度二阶导数分别由公式(1)、(2)得到，

将G′(x,y)的零点数量定义为K值，初始种子点则用于分割；

步骤S12：计算每个对象到每个聚类的欧氏平方距离，并将每个对象分配给最近的一个聚类，如公式(3)所示：

其中，c⁽ⁱ⁾为第i^th对象到第j^th聚类的最小平方欧氏距离；x⁽ⁱ⁾为第i^th对象的位置；μ_j为第j^th聚类的位置；

步骤S13：对于每一个聚类，新的质心由公式(4)计算得到，并且每个种子值由各自的聚类质心替换：

其中，c⁽ⁱ⁾为第i^th对象到第j^th聚类的最小平方欧氏距离；μ_k为聚类j新的质心；m为第j^th个聚类数据的样本大小；x⁽ⁱ⁾为第i^th个对象的位置；

步骤S14：重复步骤S12和步骤S13，直到没有对象分配到聚类，确定聚类候选节点。

优选地，所述步骤S3中M取值范围为50-400。

优选地，所述计算得到道路的平曲线半径包括以下步骤：

步骤S6：结合所述惯性测量单元及测距仪所采集的数据，将车辆的行车轨迹描绘出来；

建立X、Y坐标系，并确定不同时间车辆在坐标轴上的具体位置；T_i(x_i，y_i)表示车辆轨迹上的第i^th个位置，T_i(x_i，y_i)的坐标由以下公式(5)-(7)得到：

x_i＝z×(D_i-D_i-1)×cosH_i-1(5)；

y_i＝z×(D_i-D_i-1)×sinH_i-1(6)；

其中，x_i为T_i横坐标；y_i为T_i的纵坐标；D_i为第i个测距仪数据；H_i-1为第i-1个航向角的角度值；n为所述惯性测量单元采集数据的样本数；l为车辆行驶的总路程；

步骤S71：对于行车轨迹曲线段上的两个点，i^th和i+n^th为车辆在曲线段对应两点的位置，采用弧长法计算平曲线的半径；

所述弧长法计算过程具体为：

其中，R为曲率半径；z为公式(7)的计算结果；D_i为第i^th样本的测距仪数据；H_i表示第i个航向角的角度值；

步骤S72：对于行车轨迹曲线段上的两个点，i^th和i+n^th为车辆在曲线段对应两点的位置，采用弦线支距法计算平曲线的半径；

所述弦线支距法计算过程具体为：

其中R为曲率半径；

L为点T_i+n(x_i+n，y_i+n)到点T_i(x_i，y_i)的距离，且

M为点Q(x_j，y_j)到点T_i+n(x_i+n，y_i+n)的距离，且

其中，点Q(x_j，y_j)是线T_i+n到T_i的中点，

点

是曲线T_i+n到曲线T_i的中点；

步骤S8：对每个行车轨迹曲线段随机选取包含2个点的2N组数据，其中N组数据通过步骤71进行计算，剩余N组数据通过步骤72进行计算，然后对得到的2N个结果求取平均值。

优选地，所述步骤S8中N＝3，求取平均值之前去掉最大值和最小值。

优选地，所述采用三维激光设备测量得到的车辆与路面之间的横向夹角数据矫正惯性测量单元测量得到的横滚角数据并计算出道路横坡度包括以下步骤：步骤S9：利用所述三维激光设备，测量并计算在行驶过程中车辆与路面之间的横向夹角，以矫正所述惯性测量单元测得的横滚角，从而得到横坡坡度数据，计算的具体过程为：

路面与车辆之间的夹角γ通过公式

求得；tan(e)＝tan(θ)-tan(γ)；其中e为横坡坡度；θ为惯性测量单元测得的横滚角；L为左激光设备和右激光设备之间的距离；L_L为从左激光设备到路面的垂直距离；L_R为右激光设备到路面的垂直距离。

本发明可为交通运输机构对道路，尤其是新建成的高速公路几何线性信息参数的验收提供高效准确的方法，大量节约了人力物力成本。相比于现有技术，本发明的主要优势在于：1、测量仅需要通过车载装置即可完成，节约了大量人力物力成本；2、在测量中充分考虑到测试车辆本身带来的测量结果误差，并创造性地设计了一套切实可行，且通过电脑终端可实现自动化计算和处理的解决方案，大大提高了测量的效率和精度。

通过本发明的装置和方法，可以实现高速、高效、路网级的道路几何参数的自动采集，减少数据采集的难度以及人力的消耗，并消除检测车辆在道路几何检测中振动和偏移带来的误差，提高测量的准确度，该设备及方法可运用于道路管理部门进行道路的竣工验收、道路信息大数据的采集。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

图1是本发明实施例中三维激光设备安装位置示意图；

图2是本发明实施例中三维激光设备的示意图；

图3是本发明实施例中检测道路线性几何信息中平曲线的直圆/圆直点步骤S2的示意图；

图4是本发明实施例中检测道路线性几何信息中平曲线的直圆/圆直点步骤S3的示意图；

图5是本发明实施例中检测道路线性几何信息中平曲线的直圆/圆直点步骤S4的示意图；

图6是本发明实施例中检测道路线性几何信息中平曲线的直圆/圆直点步骤S5的示意图；

图7是本发明实施例中计算得到道路的平曲线半径中步骤S71和步骤S72的示意图；

图中：1-三维激光设备；1a-左激光设备；1b-右激光设备；2-测距仪。

具体实施方式

为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下面结合具体实施例对本发明做进一步解释说明。

如图1、图2所示，本实施例的装置包括安装于测试车辆上的：惯性测量单元(IMU)、三维激光设备、测距仪(DMI)和电脑终端。其中惯性测量单元安装于车辆内部；三维激光设备1由分别安装于车辆尾部的左侧和右侧，且位于同一水平线上的左激光设备1a和右激光设备1b组成；测距仪2是轮式测距仪，安装于车辆后车轮上。

本实施例中，选用的惯性测量单元(IMU)由加速度计、陀螺仪组成。该仪器采集的数据通过RS232接口输出，可设定带宽1-200Hz，1000Hz的数字输出频率。加速度计用来测量三个方向的线加速，陀螺仪测量车辆三个方向的绝对角速率。利用A/D转换器进行IMU各传感器的模拟变量，转换为数字信息后经过CPU解算，再经过温度补偿，刻度因子补偿、陀螺仪零偏与增量校准零偏修正、安装误差补偿等补偿方法处理后，输出出车辆的运动过程的角速率、和加速度信息。

本实施例中，选用的三维激光设备的工作原理是通过测定调制光波经过时间后所产生的相位移,从而求得光波所走过的路程。本实施例使用的三维激光设备数据采集速度可达100km/h；测量精度水平方向1mm，垂直方向0.3mm；输出：串行口RS232/RS422,模拟输出4～20mA,模拟口和开关值可软件设置；LDM43带Profibus DP和SSI总线接口，容易融入工业现场总线；有同步输入端，可多个其他传感器同步测量。

惯性测量单元、三维激光设备、测距仪分别连入电脑终端，同步进行数据采集，数据的采集速度可达100km/h，并实时向电脑终端传送采集车辆行驶过程中获得的车辆数据和道路线性几何信息，并在电脑终端完成数据匹配。

本实施例中，装置采集的数据主要包括惯性测量单元获取车辆行驶过程中的航向角、俯仰角和横滚角数据，三维激光设备获取车辆行驶过程中车辆与路面之间的横向夹角数据以及测距仪在每个采集时刻获得的距离脉冲值。

本实施例还包括基于实施例装置的道路几何线性信息自动测量方法，该方法包括以下步骤模块：

(1)采集获得车辆行驶过程中的车辆数据和道路线性几何信息；

(2)电脑终端采用改进型K-均值聚类分析法和线性拟合自动检测道路线性几何信息中平曲线的直圆/圆直点；该方法可消除车辆偏移误差对直圆/圆直点检测所产生的误差；

(3)电脑终端结合弧长法和弦线支距法计算得到道路的平曲线半径；

(4)电脑终端采用三维激光设备测量得到的车辆与路面之间的横向夹角数据矫正惯性测量单元测量得到的横滚角数据并计算出道路横坡度，以消除检测车颠簸所带来的影响，采用惯性测量单元测量得到的俯仰角数据计算出道路纵坡度；

(5)电脑终端输出道路线性几何测量结果信息。

其中，模块(1)直接通过本实施例的装置即可完成；

模块(2)的处理通过电脑终端自动完成，其运用的包括数学在内的方法可以用以下步骤来表述：

步骤S1：通过改进型K-均值聚类分析法进行候选节点自动识别；本步骤利用惯性测量单元测量检测车辆行驶过程中的航向角，并对K均值聚类分析模型进行改进，结合计算得到检测车航向角梯度值，自动探测出被检测路段几何线性转折的候选节点；

步骤S2：以航向角数据的样本ID作为横坐标，航向角值作为纵坐标作图，得到航向角数据图，将改进型K-均值聚类分析方法得到的候选节点，通过其样本ID在航向角数据图上进行标记(如图3所示)；

步骤S3：将位于过渡段的节点作为参考点，移除候选节点前后的150个样本数据，使数据组在航向角数据图中被切断并分成若干近似直线的部分(如图4所示)；移除缓和曲线段数据，可消除航向角渐变过渡的影响；

步骤S4：对被切断的若干近似直线的片段对应的数据进行线性拟合(如图5所示)；

步骤S5：在航向角数据图上延长各拟合线段，并使其相交，将交点即为水平曲线的直圆或圆直点，根据交叉点的样本ID，将直圆/圆直点的具体位置在航向角数据以及行车轨迹数据上进行标记(如图6所示)；通过线性拟合的方法可消除车辆航向角波动以及行车偏移的影响；

其中，步骤S1具体为：

步骤S11：确定聚类分析的K值，其中，H(x,y)为航向角数据；G(x,y)为航向角梯度值；G′(x,y)为航向角梯度二阶导数，

航向角的梯度和航向角梯度二阶导数分别由公式(1)、(2)得到，

将G′(x,y)的零点数量定义为K值，初始种子点则用于分割，其中初始种子点是G(x,y)上的随机点；

步骤S12：计算每个对象到每个聚类的欧氏平方距离，并将每个对象分配给最近的一个聚类，如公式(3)所示：

其中，c⁽ⁱ⁾为第i^th对象到第j^th聚类的最小平方欧氏距离；x⁽ⁱ⁾为第i^th对象的位置；μ_j为第j^th聚类的位置；

步骤S13：对于每一个聚类，新的质心由公式(4)计算得到，并且每个种子值由各自的聚类质心替换：

其中，c⁽ⁱ⁾为第i^th对象到第j^th聚类的最小平方欧氏距离；μ_k为聚类j新的质心；m为第j^th个聚类数据的样本大小；x⁽ⁱ⁾为第i^th个对象的位置；

步骤S14：重复步骤S12和步骤S13，直到没有对象分配到聚类，确定聚类候选节点。

模块(3)的处理通过电脑终端自动完成，其运用的包括数学在内的方法可以用以下步骤来表述：

步骤S6：结合所述惯性测量单元及测距仪所采集的数据，将车辆在测量区间的行车轨迹描绘出来(如图7所示)；

建立X、Y坐标系，并确定不同时间车辆在坐标轴上的具体位置；T_i(x_i，y_i)表示车辆轨迹上的第i^th个位置，T_i(x_i，y_i)的坐标由以下公式(5)-(7)得到：

x_i＝z×(D_i-D_i-1)×cosH_i-1 (5)；

y_i＝z×(D_i-D_i-1)×sinH_i-1 (6)；

其中，x_i为T_i横坐标；y_i为T_i的纵坐标；D_i为第i个测距仪数据；H_i-1为第i-1个航向角的角度值；n为所述惯性测量单元采集数据的样本数；l为车辆在测量区间行驶的总路程；

步骤S71：对于行车轨迹曲线段上的两个点，i^th和i+n^th为车辆在曲线段对应两点的位置，采用弧长法计算平曲线的半径；

所述弧长法计算过程具体为：

其中，R为曲率半径；z为公式(7)的计算结果；D_i为第i^th样本的测距仪数据；H_i表示第i个航向角的角度值；

步骤S72：对于行车轨迹曲线段上的两个点，i^th和i+n^th为车辆在曲线段对应两点的位置，采用弦线支距法计算平曲线的半径；

所述弦线支距法计算过程具体为：

其中R为曲率半径；

L为点T_i+n(x_i+n，y_i+n)到点T_i(x_i，y_i)的距离，且

M为点Q(x_j，y_j)到点T_i+n(x_i+n，y_i+n)的距离，且

其中，点Q(x_j，y_j)是线T_i+n到T_i的中点，

点

是曲线T_i+n到曲线T_i的中点；

步骤S8：对每个行车轨迹曲线段随机选取包含2个点的6组数据，其中3组数据通过步骤S71也就是弧长法进行计算，另外3组数据通过步骤S72也就是弦线支距法进行计算，然后对得到的6个结果去掉最大值和最小值之后求取平均值，通过该方法计算得到的平曲线半径，可降低检测车偏移带来的误差。

模块(4)的处理通过电脑终端自动完成，在基于检测车与路面完全平行行驶的假设下，横滚角可用于计算道路的横坡度，而俯仰角可用于计算道路的纵坡度，由于离心力的作用，车辆在平曲线路段的行驶中会向外倾斜，影响横坡度的测量结果，本实施例中对于横坡坡度的计算运用的包括数学在内的方法可以用以下步骤来表述：

步骤S9：利用所述三维激光设备，测量并计算在行驶过程中车辆与路面之间的横向夹角，以矫正所述惯性测量单元测得的横滚角，从而得到横坡坡度数据，计算的具体过程为：

路面与车辆之间的夹角γ通过公式

求得；tan(e)＝tan(θ)-tan(γ)；其中e为横坡坡度；θ为惯性测量单元测得的横滚角；L为左激光设备和右激光设备之间的距离；L_L为从左激光设备到路面的垂直距离；L_R为右激光设备到路面的垂直距离。

其中，根据三角关系有e＝θ-γ，但是对于道路线形几何来说，一般情况下，e、θ、和γ这三个角度都非常小，因此对于e的计算采用通用近似公式tan(e)＝tan(θ)-tan(γ)得出。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种车载式道路几何线性信息自动测量装置，其特征在于，包括：惯性测量单元、三维激光设备、测距仪和电脑终端；所述三维激光设备由左激光设备和右激光设备组成；所述惯性测量单元、三维激光设备、测距仪分别连入电脑终端，实时向电脑终端传送采集车辆行驶过程中获得的车辆数据和道路线性几何信息；

该装置的车载式道路几何线性信息自动测量方法，包括以下步骤：

(1)采集获得车辆行驶过程中的车辆数据和道路线性几何信息；

(2)电脑终端采用改进型K-均值聚类分析法和线性拟合自动检测道路线性几何信息中平曲线的直圆/圆直点；

(3)电脑终端计算得到道路的平曲线半径；

(4)电脑终端采用三维激光设备测量得到的车辆与路面之间的横向夹角数据矫正惯性测量单元测量得到的横滚角数据并计算出道路横坡度，采用惯性测量单元测量得到的俯仰角数据计算出道路纵坡度；

(5)电脑终端输出道路线性几何测量结果信息；

所述采用改进型K-均值聚类分析法和线性拟合自动检测道路线性几何信息中平曲线的直圆/圆直点包括以下步骤：

步骤S1：通过改进型K-均值聚类分析法进行候选节点自动识别；

步骤S2：以航向角数据的样本ID作为横坐标，航向角值作为纵坐标作图，得到航向角数据图，将改进型K-均值聚类分析方法得到的候选节点，通过其样本ID在航向角数据图上进行标记；

步骤S3：将位于过渡段的节点作为参考点，移除候选节点前后的M个样本数据，使数据组在航向角数据图中被切断并分成若干近似直线的部分；

步骤S4：对被切断的若干近似直线的片段对应的数据进行线性拟合；

步骤S5：在航向角数据图上延长各拟合线段，并使其相交，将交点即为水平曲线的直圆或圆直点，根据交叉点的样本ID，将直圆/圆直点的具体位置在航向角数据以及行车轨迹数据上进行标记；

其中，步骤S1具体为：

步骤S11：确定聚类分析的K值，其中，H(x,y)为航向角数据；G(x,y)为航向角梯度值；G′(x,y)为航向角梯度二阶导数，

航向角的梯度和航向角梯度二阶导数分别由公式(1)、(2)得到，

将G′(x,y)的零点数量定义为K值，初始种子点则用于分割；

步骤S12：计算每个对象到每个聚类的欧氏平方距离，并将每个对象分配给最近的一个聚类，如公式(3)所示：

其中，c⁽ⁱ⁾为第i^th对象到第j^th聚类的最小平方欧氏距离；x⁽ⁱ⁾为第i^th对象的位置；μ_j为第j^th聚类的位置；

步骤S13：对于每一个聚类，新的质心由公式(4)计算得到，并且每个种子值由各自的聚类质心替换：

其中，c⁽ⁱ⁾为第i^th对象到第j^th聚类的最小平方欧氏距离；μ_k为聚类j新的质心；m为第j^th个聚类数据的样本大小；x⁽ⁱ⁾为第i^th个对象的位置；

步骤S14：重复步骤S12和步骤S13，直到没有对象分配到聚类，确定聚类候选节点。

2.根据权利要求1所述的车载式道路几何线性信息自动测量装置，其特征在于：所述惯性测量单元安装于车辆内部；所述左激光设备和右激光设备分别安装于车辆尾部的左侧和右侧，且位于同一水平线上；所述测距仪为轮式测距仪，安装于车辆后车轮上；所述惯性测量单元、三维激光设备、轮式测距仪数据同步进行数据采集，并在电脑终端完成数据匹配。

3.根据权利要求2所述的车载式道路几何线性信息自动测量装置，其特征在于：所述惯性测量单元获取车辆行驶过程中的航向角、俯仰角和横滚角数据；所述三维激光设备获取车辆行驶过程中车辆与路面之间的横向夹角数据。

4.根据权利要求1所述的车载式道路几何线性信息自动测量装置，其特征在于：所述步骤S3中M取值范围为50-400。

5.根据权利要求1所述的车载式道路几何线性信息自动测量装置，其特征在于：所述计算得到道路的平曲线半径包括以下步骤：

步骤S6：结合所述惯性测量单元及测距仪所采集的数据，将车辆的行车轨迹描绘出来；

建立X、Y坐标系，并确定不同时间车辆在坐标轴上的具体位置；T_i(x_i，y_i)表示车辆轨迹上的第i^th个位置，T_i(x_i，y_i)的坐标由以下公式(5)-(7)得到：

x_i＝z×(D_i-D_i-1)×cos H_i-1 (5)；

y_i＝z×(D_i-D_i-1)×sin H_i-1 (6)；

其中，x_i为T_i横坐标；y_i为T_i的纵坐标；D_i为第i个测距仪数据；H_i-1为第i-1个航向角的角度值；n为所述惯性测量单元采集数据的样本数；l为车辆行驶的总路程；

步骤S71：对于行车轨迹曲线段上的两个点，i^th和i+n^th为车辆在曲线段对应两点的位置，采用弧长法计算平曲线的半径；

所述弧长法计算过程具体为：

其中，R为曲率半径；z为公式(7)的计算结果；D_i为第i^th样本的测距仪数据；H_i表示第i个航向角的角度值；

步骤S72：对于行车轨迹曲线段上的两个点，i^th和i+n^th为车辆在曲线段对应两点的位置，采用弦线支距法计算平曲线的半径；

所述弦线支距法计算过程具体为：

其中R为曲率半径；

L为点T_i+n(x_i+n，y_i+n)到点T_i(x_i，y_i)的距离，且

M为点Q(x_j，y_j)到点T_i+n(x_i+n，y_i+n)的距离，且

其中，点Q(x_j，y_j)是线T_i+n到T_i的中点，

点

是曲线T_i+n到曲线T_i的中点；

步骤S8：对每个行车轨迹曲线段随机选取包含2个点的2N组数据，其中N组数据通过步骤71进行计算，剩余N组数据通过步骤72进行计算，然后对得到的2N个结果求取平均值。

6.根据权利要求5所述的车载式道路几何线性信息自动测量装置，其特征在于：所述步骤S8中N＝3，求取平均值之前去掉最大值和最小值。

7.根据权利要求1所述的车载式道路几何线性信息自动测量装置，其特征在于：所述采用三维激光设备测量得到的车辆与路面之间的横向夹角数据矫正惯性测量单元测量得到的横滚角数据并计算出道路横坡度包括以下步骤：

步骤S9：利用所述三维激光设备，测量并计算在行驶过程中车辆与路面之间的横向夹角，以矫正所述惯性测量单元测得的横滚角，从而得到横坡坡度数据，计算的具体过程为：

路面与车辆之间的夹角γ通过公式

求得；tan(e)＝tan(θ)-tan(γ)；其中e为横坡坡度；θ为惯性测量单元测得的横滚角；L为左激光设备和右激光设备之间的距离；L_L为从左激光设备到路面的垂直距离；L_R为右激光设备到路面的垂直距离。

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