CN109489623A - 一种采用三维激光扫描仪测量桥头引道不均匀沉降的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用三维激光扫描仪测量桥头引道不均匀沉降的方法，其包括以下步骤：利用运动载体搭载三维激光扫描仪在待检测道路上进行走停式扫描，获取多站、多期的待检测道路的点云数据；利用交通标志物分别对多站、多期的点云数据进行平面配准和高程配准；在配准后的每期点云数据中均匀选取平面位置相同的若干变形检测点，根据变形检测点的平面位置分别计算、对比不同期的点云数据中变形检测点的高程数据，从而获取待检测道路的不均匀沉降信息。本发明的优点是：利用运动载体搭载三维激光扫描仪进行扫描可快速、全面、精确地获取桥头引道的不均匀沉降信息，同时作业人员可在运动载体上进行测量作业，有效提高了测量的安全系数。

Description

一种采用三维激光扫描仪测量桥头引道不均匀沉降的方法

技术领域

本发明涉及三维激光成像及测量领域，具体涉及一种采用三维激光扫描仪测量桥头引道不均匀沉降的方法。

背景技术

高速公路的桥头引道在使用过程中易发生不均匀沉降，当车辆高速行驶通过时会出现跳车现象，严重影响行车安全。因此需定期对公路的桥头引道处进行沉降监测。

目前传统的桥头引道沉降监测采用精密水准测量方法，传统的水准测量方法精度高，但需作业人员在应急车道进行架站、扶尺、测量等作业，危险系数高，作业人员的人身安全无法得到保障。

三维激光扫描技术是一种非接触测量方法，具有测量速度快、测量精度高等优点，因此三维激光扫描技术在桥头引道的沉降监测中有明显的技术优势。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供了一种采用三维激光扫描仪测量桥头引道不均匀沉降的方法，该方法利用运动载体搭载三维激光扫描仪在待检测道路上进行走停式扫描获取多站、多期的待检测道路的点云数据；利用交通标志线分别对多站、多期的点云数据进行平面配准和高程配准；在配准后的每期点云数据中均匀选取平面位置相同的若干变形检测点，根据变形检测点的平面位置分别计算、对比不同期的点云数据中变形检测点的高程数据，从而获取待检测道路的不均匀沉降信息。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种采用三维激光扫描仪测量桥头引道不均匀沉降的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：使搭载有三维激光扫描仪的运动载体在待检测道路上前行的过程中每隔一段距离停止一次，每次静止期间利用所述三维激光扫描仪扫描所述待检测道路以获取包括交通标志物在内的该站道路的点云数据，直至完成所述待检测道路的多站扫描；每间隔一段时间重复上述各步骤，实现对所述待检测道路的多期扫描；利用所述交通标志物分别对每期中多站的点云数据、多期的点云数据进行平面配准和高程配准；在配准后的每期点云数据中均匀选取平面位置相同的若干变形检测点，根据所述变形检测点的平面位置分别计算、对比不同期的点云数据中所述变形检测点的高程数据，从而获取所述待检测道路的不均匀沉降信息。

进行多站、多期的点云数据的配准前对获取的点云数据进行去噪、压缩等预处理。

所述方法还包括以下步骤：采用不同的颜色对所述待检测道路的不均匀沉降量进行三维显示，生成所述待检测道路的不均匀沉降三维偏差色谱图。

利用所述交通标志物分别对每期中多站的点云数据、多期的点云数据进行平面配准和高程配准包括以下步骤：利用点云数据的强度信息生成所述待检测道路的灰度影像；基于所述灰度影像采用图像识别技术识别其中的所述交通标志物；提取相邻两站、相邻两期的点云数据中的所述交通标志物，对相邻两站、相邻两期的点云数据进行平面配准和高程配准；重复上述各步骤以完成每期多站以及多期的点云数据的配准。

当所述交通标志物为矩形交通标志线时，对相邻两站、相邻两期的点云数据进行平面配准的具体过程包括以下步骤：

（1）提取点云数据中的所述矩形交通标志线的四个角点的平面坐标：；

（2）计算相邻两站/相邻两期平面坐标转换旋转角，计算公式为：，，，其中，为前一站/前一期中所述矩形交通标志线的两条长边的斜率，后一站/后一期中所述矩形交通标志线的两条长边的斜率；

（3）计算相邻两站/相邻两期平面坐标平移参数：

；

（4）相邻两站/相邻两期的点云数据进行平面配准：令后一站/后一期的点云数据配准前的平面坐标为，则配准后的平面坐标为：

。

对相邻两站的点云数据进行高程配准的具体过程包括以下步骤：

在相邻两站的点云数据中选取位于所述待检测道路中间区域的半径为2cm的公共点云集合，分别计算点云集合的平均高程，记为，则相邻两站的高程平移参数；令后一站的点云数据配准前的高程坐标为，则配准后的高程坐标为：。

对相邻两期的点云数据进行高程配准的具体过程包括以下步骤：

在相邻两期的点云数据中选取位于所述待检测道路具有稳定基础的高程基准区域中的半径为2cm的公共点云集合，分别计算点云集合的平均高程，记为，则相邻两站的高程平移参数；令后一期的点云数据配准前的高程坐标为，则配准后的高程坐标为：。

本发明的优点是：（1）利用运动载体搭载三维激光扫描仪进行扫描可快速、全面、精确地获取桥头引道的不均匀沉降信息；（2）作业人员可在运动载体上进行测量作业，有效提高了测量的安全系数。

附图说明

图1为本发明中采用三维激光扫描仪测量桥头引道不均匀沉降的流程示意图；

图2为本发明中运动载体搭载三维激光扫描仪的结构示意图；

图3为本发明中待检测道路的交通标志线的示意图；

图4为本发明中配准后的点云数据的示意图；

图5为本发明中变形检测点的分布示意图；

图6为本发明中待检测道路不均匀沉降的三维偏差色谱图；

图7为图6中A部的放大示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-7，图中标记1-4分别为：运动载体1、三维激光扫描仪2、交通标志线3、变形检测点4。

实施例：如图1-7所示，本实施例具体涉及一种采用三维激光扫描仪测量桥头引道不均匀沉降的方法，该方法利用运动载体1搭载三维激光扫描仪2在待检测道路上进行走停式扫描获取多站、多期的待检测道路的点云数据；利用交通标志线3分别对多站、多期的点云数据进行平面配准和高程配准；在配准后的每期点云数据中均匀选取平面位置相同的若干变形检测点4，根据变形检测点4的平面位置分别计算、对比不同期的点云数据中变形检测点4的高程数据，从而获取待检测道路的不均匀沉降信息。

如图1-7所示，本实施例中的采用三维激光扫描仪测量桥头引道不均匀沉降的方法包括以下步骤：

（1）加工集成一套运动载体1，利用该运动载体1搭载三维激光扫描仪2并在待检测道路上向前运动，检测人员可以在运动载体1上通过三维激光扫描仪2进行走停式扫描，即每隔一定距离，控制运动载体1停止运动一次，静止期间利用三维激光扫描仪2扫描获该站的取待检测道路的点云数据，扫描过程中需确保待检测道路上的交通标志线3被完整地扫描采集，重复上述步骤，直至完成待检测道路的多站扫描；如图2所示，本实施例中的运动载体1为一开设有天窗的测量车，测量车的顶部安装有测量平台，在平台上安装三维贾光扫描仪2和平整装置，便于测量人员进行平整、扫描等操作，由于测量人员可在测量车内进行测量作业，有效提高了测量作业的安全系数，而且省时、省力、扫描精确；本实施例中的交通标志线3如图3所示，为矩形，当然也可以选取圆形等其他形状的交通标志物，交通标志线3作为各点云数据中特征明显且相同的标记，可用于各点云数据间的配准；

（2）每隔一段时间，例如一个星期或一个月的时间，重复上述步骤（1），利用运动载体1搭载三维激光扫描仪2扫描获取待检测道路的多期点云数据；

（3）对多站、多期的点云数据进行去噪、压缩等预处理；

（4）利用交通标志线3分别对每期中多站的点云数据、多期的点云数据进行平面配准和高程配准，具体过程包括以下步骤：利用点云数据的强度信息生成每站、每期待检测道路的灰度影像；基于该灰度影像采用图像识别技术识别其中的交通标志线；提取相邻两站、相邻两期的点云数据中的交通标志物的参数，对相邻两站、相邻两期的点云数据进行平面配准和高程配准；重复上述各步骤以完成每期多站以及多期的点云数据的配准；其中，

（4.1）当交通标志物为矩形的交通标志线3时，对相邻两站、相邻两期的点云数据进行平面配准的具体过程包括以下步骤：

（a）提取点云数据中的交通标志线3的四个角点的平面坐标：

；

（b）计算相邻两站/相邻两期平面坐标转换旋转角，计算公式为：，，，其中，为前一站/前一期中交通标志线3的两条长边的斜率，后一站/后一期中所述交通标志线3的两条长边的斜率；

（c）计算相邻两站/相邻两期平面坐标平移参数，计算公式为：

；

（d）相邻两站/相邻两期的点云数据进行平面配准：令后一站/后一期的点云数据配准前的平面坐标为，则配准后的平面坐标为：

；

（4.2）对相邻两站的点云数据进行高程配准的具体过程包括以下步骤：

（a）在相邻两站的点云数据中选取位于所述待检测道路中间区域的半径为2cm的公共点云集合，分别计算点云集合的平均高程，记为;

（b）则相邻两站的高程平移参数；

（c）令后一站的点云数据配准前的高程坐标为，则配准后的高程坐标为：；

（4.3）对相邻两期的点云数据进行高程配准的具体过程包括以下步骤：

（a）在相邻两期的点云数据中选取位于所述待检测道路具有稳定基础的高程基准区域中的半径为2cm的公共点云集合，分别计算点云集合的平均高程，记为；

（b）则相邻两站的高程平移参数；

（c）令后一期的点云数据配准前的高程坐标为，则配准后的高程坐标为：；

经上述各步骤完成配准后的多站点云数据成像如图4所示；

（5）在配准后的每期点云数据中均匀选取平面位置相同的若干变形检测点4，变形检测点4均匀分布在待检测道路上，其间距不大于1m，其数量则根据待检测道路的长度和宽度决定，然后根据变形检测点的平面位置分别计算每期点云数据中选取的若干变形检测点4的高程数据，对比不同期之间的高程数据的变化情况，分析待检测道路不均匀沉降信息；如图5所示，本实施例中在待检测道路图像上选取了四排变形检测点，每排具有多个沿待检测道路延伸方向排布的变形检测点；

（6）采用不同颜色对待检测道路不均匀沉降量进行三维显示，生成待检测道路不均匀沉降三维偏差色谱图，如图6所示；其中，在两期扫描之间人为在待检测道路上增加了一块木板，以形成路面“突起”，即图6中A所指部分，其放大图如图7所示；从图6和图7中可直观、清楚地看到待检测道路的不均匀沉降情况；当然也可以自动生成报表，以数据的形式直接准确地反映不均匀沉降情况。

本实施例的有益效果是：（1）利用运动载体搭载三维激光扫描仪进行扫描可快速、全面、精确地获取桥头引道的不均匀沉降信息；（2）作业人员可在运动载体上进行测量作业，有效提高了测量的安全系数。

Claims (7)

1.一种采用三维激光扫描仪测量桥头引道不均匀沉降的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：使搭载有三维激光扫描仪的运动载体在待检测道路上前行的过程中每隔一段距离停止一次，每次静止期间利用所述三维激光扫描仪扫描所述待检测道路以获取包括交通标志物在内的该站道路的点云数据，直至完成所述待检测道路的多站扫描；每间隔一段时间重复上述各步骤，实现对所述待检测道路的多期扫描；利用所述交通标志物分别对每期中多站的点云数据、多期的点云数据进行平面配准和高程配准；在配准后的每期点云数据中均匀选取平面位置相同的若干变形检测点，根据所述变形检测点的平面位置分别计算、对比不同期的点云数据中所述变形检测点的高程数据，从而获取所述待检测道路的不均匀沉降信息。

2.根据权利要求1所述的一种采用三维激光扫描仪测量桥头引道不均匀沉降的方法，其特征在于进行多站、多期的点云数据的配准前对获取的点云数据进行去噪、压缩等预处理。

3.根据权利要求1所述的一种采用三维激光扫描仪测量桥头引道不均匀沉降的方法，其特征在于所述方法还包括以下步骤：采用不同的颜色对所述待检测道路的不均匀沉降量进行三维显示，生成所述待检测道路的不均匀沉降三维偏差色谱图。

4.根据权利要求1所述的一种采用三维激光扫描仪测量桥头引道不均匀沉降的方法，其特征在于利用所述交通标志物分别对每期中多站的点云数据、多期的点云数据进行平面配准和高程配准包括以下步骤：利用点云数据的强度信息生成所述待检测道路的灰度影像；基于所述灰度影像采用图像识别技术识别其中的所述交通标志物；提取相邻两站、相邻两期的点云数据中的所述交通标志物，对相邻两站、相邻两期的点云数据进行平面配准和高程配准；重复上述各步骤以完成每期多站以及多期的点云数据的配准。

5.根据权利要求4所述的一种采用三维激光扫描仪测量桥头引道不均匀沉降的方法，其特征在于当所述交通标志物为矩形交通标志线时，对相邻两站、相邻两期的点云数据进行平面配准的具体过程包括以下步骤：

（1）提取点云数据中的所述矩形交通标志线的四个角点的平面坐标：；

（2）计算相邻两站/相邻两期平面坐标转换旋转角，计算公式为：，，，其中，为前一站/前一期中所述矩形交通标志线的两条长边的斜率，后一站/后一期中所述矩形交通标志线的两条长边的斜率；

（3）计算相邻两站/相邻两期平面坐标平移参数：

；

（4）相邻两站/相邻两期的点云数据进行平面配准：令后一站/后一期的点云数据配准前的平面坐标为，则配准后的平面坐标为：

。

6.根据权利要求4所述的一种采用三维激光扫描仪测量桥头引道不均匀沉降的方法，其特征在于对相邻两站的点云数据进行高程配准的具体过程包括以下步骤：

在相邻两站的点云数据中选取位于所述待检测道路中间区域的半径为2cm的公共点云集合，分别计算点云集合的平均高程，记为，则相邻两站的高程平移参数；令后一站的点云数据配准前的高程坐标为，则配准后的高程坐标为：。

7.根据权利要求4所述的一种采用三维激光扫描仪测量桥头引道不均匀沉降的方法，其特征在于对相邻两期的点云数据进行高程配准的具体过程包括以下步骤：

在相邻两期的点云数据中选取位于所述待检测道路具有稳定基础的高程基准区域中的半径为2cm的公共点云集合，分别计算点云集合的平均高程，记为，则相邻两站的高程平移参数；令后一期的点云数据配准前的高程坐标为，则配准后的高程坐标为：。