CN111021206A - 一种路面平整度检测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种路面平整度检测方法及系统，属于路面检测技术领域，包括获取路面三维点云数据；利用所述点云数据进行逆向建模，得到路面实体模型；等比例创建八轮平整度仪模型，并约束各部件的连接关系；利用运动仿真技术，使得八轮平整度仪模型在所述路面实体模型的指定特征线上运动，获得每个测定区间的路面凹凸偏差值；根据所述路面凹凸偏差值，计算路面的平整度值。本发明原理简单且可行性强，能够满足各种路面特别是试（赛）车场盆腔式曲面路面平整度检测的需求。

Description

一种路面平整度检测方法及系统
技术领域
本发明涉及技术领域，特别涉及一种路面平整度检测方法及系统。
背景技术
试(赛)车场高速环道的行车速度一般高达240Km/h，对路面平整度要求极高。传统的路面平整度检测方法是采用3米靠尺或八轮平整度仪检测。但是试(赛)车场高速环道曲线段一般采用双扭双曲的盆腔式路面，其高速车道倾角高达45°以上。因其倾角过大八轮平整度仪因自重下滑或者翻滚无法使用，同时因其双扭双曲的结构，更无法采用3米靠尺检测。
目前，试(赛)车场高速环道平整度检测一般采用全站仪采集离散点，然后对比设计高程获取差值，进而计算均方差作为衡量平整度的依据。该方法以均方差作为衡量平整度的依据，而规范平整度是以“中矢”变化值作为衡量平整度的依据，两者无相关关系，根据实验在平直路面上采用全站仪采点计算均方差和八轮平整度仪检测结果相差可达数十倍，且以全站仪采集离散点计算均方差没有任何规范依据(国内外皆无)。高速环道曲面路面及大斜面路面平整度检测是一个难题，目前没有相关文献公布相关技术及方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足或缺陷，以提供一种适用于盆腔式曲面路面及大斜面路面的平整度检测方法及系统，也可用于常规道路平整度的检测。
为实现以上目的，本发明采用一种路面平整度检测方法，包括如下步骤：
获取路面三维点云数据；
利用所述点云数据进行逆向建模，得到路面实体模型；
等比例创建八轮平整度仪模型，并约束各部件的连接关系；
利用运动仿真技术，使得八轮平整度仪模型在所述路面实体模型的指定特征线上运动，获得每个路面测定区间的路面凹凸偏差值；
根据所述路面凹凸偏差值，计算路面的平整度值。
进一步地，在所述获取路面三维点云数据之后，还包括：
对所述路面三维点云数据进行滤波、分类处理，得到纯净的路面点云数据；
利用得到的纯净路面点云数据进行逆向建模，得到路面实体模型。
进一步地，所述指定特征线为需要进行平整度检测的位置。
进一步地，利用运动仿真技术，使得八轮平整度仪模型在所述路面实体模型的指定特征线上运动，获得每个路面测定区间的路面凹凸偏差值，包括：
所述利用运动仿真技术，使得八轮平整度仪模型在所述路面实体模型的指定特征线上运动，获得每个路面测定区间的路面凹凸偏差值，具体包括：
利用运动仿真的追踪技术，追踪所述八轮平整度仪模型的测距轮和主架之间的运动轨迹，绘制成运动曲线，进而获得路面凹凸偏差值。
所述“追踪”技术，是运动仿真中常用的一种技术手段，可以追踪物体的运动轨迹。
进一步地，所述根据所述路面凹凸偏差值，计算路面的平整度值，包括：
根据所述路面凹凸偏差值，计算每个路面测定区间的平整度：
Figure BDA0002281583490000021
其中，σi表示各路面测定区间的平整度计算值，di表示每个路面测定区间的路面凹凸偏差值，d表示各路面凹凸偏差值的平均值，n表示用于计算路面测定区间平整度的测试数据个数。
进一步地，还包括：
根据所述每个路面测定区间的平整度，计算各路面测定区间内路段的平整度的平均值、平整度的标准差以及变异系数。
另一方面，采用一种路面平整度检测系统，包括获取模块、路面实体模型构建模块、平整度仪模型构建模块、路面凹凸偏差值计算模块以及平整度计算模块；
获取模块用于获取路面三维点云数据；
路面实体模型构建模块用于利用点云数据进行逆向建模，得到路面实体模型；
平整度仪模型构建模块用于等比例创建八轮平整度仪模型，并约束各部件的连接关系；
路面凹凸偏差值计算模块用于利用运动仿真技术，使得八轮平整度仪模型在所述路面实体模型的指定特征线上运动，获得每个路面测定区间的路面凹凸偏差值；
平整度计算模块用于根据所述路面凹凸偏差值，计算路面的平整度值。
进一步地，还包括与所述获取模块连接的处理模块，该处理模块用于对所述获取模块获取的路面三维点云数据进行滤波、分类处理，得到纯净的路面点云数据。
进一步地，所述路面凹凸偏差值计算模块具体用于：
利用运动仿真的追踪技术，追踪所述八轮平整度仪模型的测距轮和主架之间的运动轨迹，绘制成运动曲线，进而获得每个路面测定区间的路面凹凸偏差值。
进一步地，所述平整度计算模块具体用于：
根据所述路面凹凸偏差值，计算每个路面测定区间的平整度：
Figure BDA0002281583490000031
其中，σi表示各路面测定区间的平整度计算值，di表示每个路面测定区间的路面凹凸偏差值，d表示各路面凹凸偏差值的平均值，n表示用于计算路面测定区间平整度的测试数据个数；
根据所述每个路面测定区间的平整度，进而计算各路面测定区间内路段的平整度的平均值、平整度的标准差以及变异系数。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明通过利用待检测路面的三维点云数据进行逆向建模构建出该路面的实体模型，等比例创建八轮平整度仪模型，并约束各部件间的连接关系，通过利用八轮平整度仪模型在路面实体模型上运动，利用运动仿真的“追踪”技术，追踪所述八轮平整度仪模型的测距轮和主架之间的运动轨迹，绘制成运动曲线，进而获得每个路面测定区间的路面凹凸偏差值，从而计算出路面的平整度。本发明提供的路面平整度检测方案，原理简单、可行性强且实用性强，能够满足各种路面平整度检测的要求，尤其是可有效的解决双扭双曲的盆腔式曲面路面及大斜面路面平整度检测的难题，为试(赛)车场高速环道路面平整度检提供一个切实可行的方案，也可用于高速公路等常规路面的平整度检测。
附图说明
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：
图1是一种路面平整度检测方法的流程示意图；
图2是3D扫描仪获得高精度的路面三维点云；
图3是经过处理得到的纯净路面点云；
图4是由点云数据逆向建模得到的路面实体模型；
图5是构建的八轮平整度仪模型示意图；
图6是由计算机运动仿真“追踪”技术实时回执的测距轮相对主架间的运动曲线示意图；
图7是一种路面平整度检测系统的结构示意图。
具体实施方式
为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。
如图1所示，本实施例公开了一种路面平整度检测方法，包括如下步骤S1至S5：
S1、获取路面三维点云数据；
需要说明的是，路面三维点云数据的获取方式包括但不局限于3D扫描仪、背包式扫描仪、全站仪测量密集点等方法，获取的路面点云数据如图2所示。
S2、利用所述点云数据进行逆向建模，得到路面实体模型；
需要说明的是，本实施例通过对点云逆向建模，将点云封装构建成面，获得贴合实际的路面模型。其中对点云数据进行逆向建模得到路面实体模型的方法包括但不限于先封装后平滑的方法、也可提取特征线然后构建面、由面构成体的方法等，本领域技术人员可根据实际情况选用合适的逆向建模方法，目的是获得贴合实际的路面实体模型，如图4所示。
S3、等比例创建八轮平整度仪模型，并约束各部件的连接关系；
具体的说：是按八轮平整度仪实体等比例创建模型，如图5所示：牵引部分1主要由连接插头与拉杆组成，通过螺母与前桥2相连；前桥2安装在由八个充气轮胎型式的摩托车轮通过前后架构成的八轮系统3上，各车轮之间通过轮架9连接；位移传感器4即调频电感式位移测量系统安装在主架6上，主架6安装在前桥2和后桥8上，主架6包括伸缩方管、导向结构和后架；锁止机构5用于控制八轮车停止与运动。主架6本体上还安装有测量轮7，由加压弹簧及提升机构、橡胶轮、距离传感器组成。其中约束测距轮7与主架6为连接方式为竖向滑动，测距轮7在竖向相对架体可以自由运动，其余为固定连接方式，八轮系统3的摩托车轮可沿主架方向滚动。
S4、利用运动仿真技术，使得八轮平整度仪模型在所述路面实体模型的指定特征线上运动，获得每个路面测定区间的路面凹凸偏差值；
S5、根据所述路面凹凸偏差值，计算路面的平整度值。
优选地，在上述步骤S1：获取路面三维点云数据，之后还包括：对所述路面三维点云数据进行滤波、分类等处理，得到纯净的路面点云数据如图3所示。
需要说明的是，本实施例中处理点云数据的方法包括但不限于滤波、分类等几种处理方法，根据数据量也可以进行分割、分区块处理等，处理的目的是获得纯净的路面点云。
具体来说，在上述步骤S4：利用运动仿真技术，使得八轮平整度仪模型在所述路面实体模型的指定特征线上运动，利用运动仿真的“追踪”技术，追踪所述八轮平整度仪模型的测距轮7和主架6之间的运动轨迹，绘制成运动曲线，进而获路面凹凸偏差值，所述路面实体模型的指定特征线指路面实际需要检测的位置，一般是行车时的车轮碾压区域。一般为：
(1)运用运动仿真技术将创建的八轮平整度模型在构建的路面模型指定特征线上运动。运动速度以5km/h为宜，不得超过12km/h。
(2)利用运动仿真的“追踪”技术，追踪所述八轮平整度仪模型的测距轮7和主架6之间的运动轨迹，绘制成运动曲线。
(3)按每10cm间距采集的位移值自动计算100m计算区间的平整度标准差，记录测试长度、曲线振幅大于某一定值(3mm、5mm、8mm、10mm等)的次数、曲线振幅的单向(凸起或凹下)累计值，以3m机架为基准的中点路面偏差值曲线图。
具体来说，上述步骤S5：根据所述路面凹凸偏差值，计算路面的平整度值，具体为：
根据所述路面凹凸偏差值，计算每个路面测定区间的平整度：
Figure BDA0002281583490000061
其中，σi表示各路面测定区间的平整度计算值，di表示每个路面测定区间的路面凹凸偏差位移值，d表示各路面凹凸偏差位移值的平均值，n表示用于计算路面测定区间平整度的测试数据个数。
具体来说：还包括：
根据所述每个路面测定区间的平整度，计算各路面测定区间内路段的平整度的平均值、平整度的标准差以及变异系数。
如图7所示，本实施例公开了一种路面平整度检测系统，包括获取模块10、路面实体模型构建模块20、平整度仪模型构建模块30、路面凹凸偏差值计算模块40以及平整度计算模块50；
获取模块10用于获取路面三维点云数据；
路面实体模型构建模块20用于利用点云数据进行逆向建模，得到路面实体模型；
平整度仪模型构建模块30用于等比例创建八轮平整度仪模型，并约束各部件连接关系；
路面凹凸偏差值计算模块40用于利用运动仿真技术，使得八轮平整度仪模型在所述路面实体模型的指定特征线上运动，获得每个路面测定区间的路面凹凸偏差值；
平整度计算模块50用于根据所述路面凹凸偏差值，计算路面的平整度值。
具体来说，还包括与所述获取模块连接的处理模块，该处理模块用于对所述获取模块获取的路面三维点云数据进行滤波、分类处理，得到纯净的路面点云数据；利用纯净的路面点云数据进行逆向建模，得到路面实体模型。
具体来说，所述路面凹凸偏差值计算模块40具体用于：利用运动仿真的“追踪”技术，追踪所述八轮平整度仪模型的测距轮7和主架6之间的运动轨迹，绘制成运动曲线，进而每个路面测定区间的路面凹凸偏差值。
具体来说，所述平整度计算模块50具体用于：
根据所述路面凹凸偏差值，计算每个路面测定区间的平整度：
Figure BDA0002281583490000081
其中，σi表示各路面测定区间的平整度计算值，di表示每个路面测定区间的路面凹凸偏差值，d表示各路面凹凸偏差值的平均值，n表示用于计算路面测定区间平整度的测试数据个数。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种路面平整度检测方法，其特征在于，包括：
获取路面三维点云数据；
利用所述点云数据进行逆向建模，得到路面实体模型；
等比例创建八轮平整度仪模型，并约束各部件的连接关系；
利用运动仿真技术，使得八轮平整度仪模型在所述路面实体模型的指定特征线上运动，获得每个路面测定区间的路面凹凸偏差值；
根据所述路面凹凸偏差值，计算路面的平整度值。
2.如权利要求1所述的路面平整度检测方法，其特征在于，在所述获取路面三维点云数据之后，还包括：
对所述路面三维点云数据进行滤波、分类处理，得到纯净的路面点云数据；利用得到的纯净路面点云进行逆向建模，得到路面实体模型。
3.如权利要求1所述的路面平整度检测方法，其特征在于，所述指定特征线为需要进行平整度检测的位置。
4.如权利要求1所述的路面平整度检测方法，其特征在于，所述利用运动仿真技术，使得八轮平整度仪模型在所述路面实体模型的指定特征线上运动，获得每个路面测定区间的路面凹凸偏差值，具体包括：
利用运动仿真的追踪技术，追踪所述八轮平整度仪模型的测距轮和主架之间的运动轨迹，绘制成运动曲线，进而获得路面凹凸偏差值。
5.如权利要求1所述的路面平整度检测方法，其特征在于，所述根据所述路面凹凸偏差值，计算路面的平整度值，包括：
根据所述路面凹凸偏差值，计算每个路面测定区间的平整度：
Figure FDA0002281583480000011
其中，σi表示各路面测定区间的平整度计算值，di表示每个路面测定区间的路面凹凸偏差位移值，d表示各路面凹凸偏差位移值的平均值，n表示用于计算路面测定区间平整度的测试数据个数。
6.如权利要求5所述的路面平整度检测方法，其特征在于，还包括：
根据所述每个路面测定区间的平整度，计算各路面测定区间内路段的平整度的平均值、平整度的标准差以及变异系数。
7.一种路面平整度检测系统，其特征在于，包括获取模块、路面实体模型构建模块、平整度仪模型构建模块、路面凹凸偏差值计算模块以及平整度计算模块；
获取模块用于获取路面三维点云数据；
路面实体模型构建模块用于利用点云数据进行逆向建模，得到路面实体模型；
平整度仪模型构建模块用于等比例创建八轮平整度仪模型，并约束各部件的连接关系；
路面凹凸偏差值计算模块用于利用运动仿真技术，使得八轮平整度仪模型在所述路面实体模型的指定特征线上运动，获得每个路面测定区间的路面凹凸偏差值；
平整度计算模块用于根据所述路面凹凸偏差值，计算路面的平整度值。
8.如权利要求7所述的路面平整度检测系统，其特征在于，还包括与所述获取模块连接的处理模块，该处理模块用于对所述获取模块获取的路面三维点云数据进行滤波、分类处理，得到纯净的路面点云数据。
9.如权利要求7所述的路面平整度检测系统，其特征在于，所述路面凹凸偏差值计算模块具体用于：
利用运动仿真的追踪技术，追踪所述八轮平整度仪模型的测距轮和主架之间的运动轨迹，绘制成运动曲线，进而获得每个路面测定区间的路面凹凸偏差值。
10.如权利要求7所述的路面平整度检测系统，其特征在于，所述平整度计算模块具体用于：
根据所述路面凹凸偏差值，计算每个路面测定区间的平整度：
Figure FDA0002281583480000031
其中，σi表示各路面测定区间的平整度计算值，di表示每个路面测定区间的路面凹凸偏差值，d表示各路面凹凸偏差值的平均值，n表示用于计算路面测定区间平整度的测试数据个数；
根据所述每个路面测定区间的平整度，进而计算各路面测定区间内路段的平整度的平均值、平整度的标准差以及变异系数。
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