CN114754708B - 基于三维激光扫描技术的道路平整度检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于三维激光扫描技术的道路平整度检测方法及系统。该方法包括：采用三维激光扫描对在建道路施工结构层表面进行多测站的三维数据采集，并将检测路段相邻测站数据进行拼接，统一坐标空间；对所得三维点云数据进行数据处理，得到施工段结构层表面精确的数模数据；通过对数模数据进行断面线剖分，计算各条断面线数据下的国际平整度指数，并以一定的权重计算车道平整度指数，用以对施工段各车道的平整度状况进行检测及评价。本发明提供的基于三维激光扫描技术的道路平整度检测方法及系统可应用于检测施工路段的道路结构层表面平整度状况，得到国际平整度指数，进一步地可精确、便捷地进行施工段结构层表面施工质量的检测。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程技术领域，特别是涉及一种基于三维激光扫描技术的道路平整度检测方法及系统。
背景技术
现代的公路建设，沥青路面以其施工周期短、行车舒适度高、噪音低、后期维护容易等优点广泛应用于高等级公路中，但是高等级沥青路面对平整度要求高，施工引起的道路结构层表面不平整或部分路段路面平整度较差问题，在后续道路运行过程中，随着车辆的重复荷载及自然环境条件的作用下，会出现甚至加重一系列道路病害，破坏路面结构、缩短道路的整体使用年限。
三维激光扫描技术作为一种新兴的测量技术，与全站仪相比，具有快速实时高密度获取目标物表面数据、远距离无接触测量的优势。相比传统的路面平整度检测技术，检测精度较高，检测效率完美符合施工进度，受环境及施工干扰小，适用于施工路段结构层表面平整度检测。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于三维激光扫描技术的道路平整度检测方法及系统，通过将三维激光扫描与道路平整度检测相结合，实现了道路施工路段结构层表面的平整度检测。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于三维激光扫描技术的道路平整度检测方法，所述方法包括：采用三维激光扫描对在建道路施工结构层表面进行多测站的三维数据采集，并将检测路段相邻测站数据进行拼接，统一坐标空间；对所得三维点云数据进行数据处理，包括点云数据去噪、拼接及拟合，得到施工段结构层表面精确的数模数据；通过对数模数据进行断面线剖分，计算各条断面线数据下的国际平整度指数，并以一定的权重计算车道平整度指数，用以对施工段各车道的平整度状况进行检测及评价。
在一些实施方式中，对在建道路施工结构层表面进行三维数据采集具体包括以下步骤：检测按照200m为一间隔进行道路检测段落划分，每一检测段落内架设四个测站点，相邻测站点之间布设至少三个不共线的标靶；采用三维激光扫描设备进行数据采集，所得三维数据包括设备采集的三维点云数据以及标靶的三维坐标；采用任意设站控制网测量方式测量各测站中的标靶三维坐标。
在一些实施方式中，将检测路段相邻测站数据进行拼接，统一坐标空间具体包括以下步骤：对各标靶三维坐标的平面坐标进行自由网平差以及约束平差，得到各参考标靶在统一坐标系下的平面坐标；对各标靶三维坐标的高程坐标进行高程网平差，得到各参考标靶在统一坐标系下的高程坐标；对各测站的三维数据进行坐标转换；转换过程中将各参考标靶在扫描坐标系下的三维坐标以及在统一坐标系下的三维坐标一一对应，求解出各测站的坐标转换参数，并依据坐标转换参数对应相应测站的三维点云数据中的各数据点进行坐标转换，将其从相应的扫描设备坐标系转换至统一坐标系，从而形成统一坐标系下的三维点云数据。
在一些实施方式中，对所得三维点云数据进行数据处理，包括点云数据去噪、拼接及拟合，得到施工段结构层表面精确的数模数据，包括：得到统一坐标系下的三维点云数据后，对各检测段落数据进行独立数据处理，包括三维点云数据去噪、剔除噪声、三角网格生成。
在一些实施方式中，通过对数模数据进行断面线剖分，计算各条断面线数据下的国际平整度指数，并以一定的权重计算车道平整度指数，用以对施工段各车道的平整度状况进行检测及评价，包括：数模数据由处理后所得路面三维点云数据进行三角网格生成后所得，各车道内按照0.5m间隔进行纵断面线剖分，车道平整度指数权重分配由层次分析法确定，以与车道边缘线距离远近进行重要性判断。
在一些实施方式中，每一条断面剖线高程数据，通过对数模数据进行断面线剖分，计算各条断面线数据下的国际平整度指数，并以一定的权重计算车道平整度指数，用以对施工段各车道的平整度状况进行检测及评价，还包括：按照国际平整度指数的定义规定及计算方法进行国际平整度指数计算，且由一定的权重分配得到车道国际平整度指数IRIL。
在一些实施方式中，国际平整度指数IRIL由如下公式计算：
其中，n为剖分断面线的数量；ki为第i条断面计算结果所占权重；IRIi为第i条断面线数据计算所得的国际平整度指数。
此外，本发明还提供了一种基于三维激光扫描技术的道路平整度检测系统，所述系统包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据前文所述的基于三维激光扫描技术的道路平整度检测方法。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
本发明的三维扫描技术可应用于检测施工路段的道路结构层表面平整度状况，得到国际平整度指数，进一步地可精确、便捷地进行施工段结构层表面施工质量的检测。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是基于三维激光扫描技术的道路平整度检测方法的流程图；
图2是参考标靶一级激光扫描仪的布设位置的示意图；
图3是路面建模数据效果图；
图4是平整度检测结果表。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供一种基于三维激光扫描技术的道路平整度检测方法，其包括：
(S1)采用三维激光扫描对在建道路施工结构层表面进行多测站的三维数据采集，并将检测路段相邻测站数据进行拼接，统一坐标空间；外业采集过程主要对施工路段结构层表面进行分测站的三维数据采集；并通过设置参考标靶，获取各参考标靶的三维坐标，将其作为点云拼接时的拼接依据。具体的，对各测站进行三维数据采集具体包括以下步骤：
(S101)按照200m为一间隔进行道路检测段落划分，每一检测段落内架设四个测站点，共布设六个不共线的标靶：本实施案例中，参考标靶具有供激光扫描仪扫描的平面金属标靶，其相互位置关系固定，且三维坐标可相互转换，因此可利用相邻测站之间的标靶坐标实现扫描仪采集数据统一到同一空间坐标系下。如图2所示，本实施例中，各测站具有一定的扫描范围，参考标靶布设在其扫描范围中。相邻两个测站之间的参考标靶指的是两个相邻测站的扫描范围的重叠范围的参考标靶。
(S102)采用三维激光扫描仪分别对各测站进行三维数据扫描，得到的三维数据包括在三维扫描仪坐标系下的三维点云数据以及参考标靶的三维坐标。
(S103)采用任意设站控制网测量方式测量各测站中的参考标靶的标靶三维坐标，该测量方法参照轨道交通中“CPIII”的测量方法进行实现，精度较高。
步骤(S1)中设计的内业数据处理过程主要是将各测站的三维数据拼接至统一坐标系下，具体包括以下步骤：
(S111)将各标靶三维坐标导入到平差软件，依次进行自由网平差以及约束平差，得到各参考标靶在统一坐标系下的平面坐标；对各标靶三维坐标的高程坐标导入平差软件，进行高程网平差，得到各参考标靶在统一坐标系下的高程坐标；平面坐标和高程坐标构成了参考标靶在统一坐标系下的三维坐标。
(S112)对个测站的三维数据进行坐标转换：转换过程中将各参考标靶在扫描仪坐标系下的三维坐标以及在统一坐标系下的三维坐标一一对应，求解出个测站的坐标转换参数，并依据坐标转换参数对相应测站的三维点云数据中的个数据点进行坐标转换，将其从相应的扫描仪坐标系转换至统一坐标系，从而形成统一坐标系下的三维点云数据。
(S2)对所得三维点云数据进行数据处理，包括点云数据去噪及平面拟合，得到施工段结构层表面精确的数模数据。步骤S2具体包括：
(S21)坐标转换后，可对统一坐标系下的三维点云数据进行去噪，删除噪声对应的数据点，并保留待检测物体的点云。该过程可以通过人机交互的手工实现，也可通过相应的算法实现。
(S22)由此得到的道路施工路段结构层表面三维点云数据，利用自然邻点插值法进行路面点云数据的三角网格剖分。剖分结果如图3所示。
(S3)通过对数模数据进行断面线剖分，计算各条断面线数据下的国际平整度指数，并以一定的权重计算车道平整度指数，用以对施工段各车道的平整度状况进行检测及评价；
(S31)利用二次样条插值，对结构层平面模型，进行断面线剖分并按照0.25m的间隔依次提取剖面线上各点的高程数据。
(S32)利用编写的国际平整度指数计算程序，将结构层表面断面剖面线高程数据输入并计算检测路段该剖面线的国际平整度指数。
(S33)路面结构层按照车道进行划分，车道内以车道边缘线为基准，每间隔0.5m进行断面剖分并提取高程数据计算其国际平整度指数IRIi(从道路外侧往道路中心线方向进行编码)。
各个标段的国际平整度指数IRIi如图4所示。
(S34)按照离车道线边缘越近权重越大的原则，进行层次分析法分析，并得到各断面线的权重分配如下：
μ＝(0.28,0.13,0.06,0.03,0.03,0.06,0.13,0.28)T
由此得到该车道国际平整度指数：
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于三维激光扫描技术的道路平整度检测方法，其特征在于，包括：
采用三维激光扫描对在建道路施工结构层表面进行多测站的三维数据采集，并将检测路段相邻测站数据进行拼接，统一坐标空间；
对所得三维点云数据进行数据处理，包括点云数据去噪、拼接及拟合，得到施工段结构层表面精确的数模数据；
通过对数模数据进行断面线剖分，计算各条断面线数据下的国际平整度指数，并以一定的权重计算车道平整度指数，用以对施工段各车道的平整度状况进行检测及评价，包括：数模数据由处理后所得路面三维点云数据进行三角网格生成后所得，各车道内按照0.5m间隔进行纵断面线剖分，车道平整度指数权重分配由层次分析法确定，以与车道边缘线距离远近进行重要性判断；
所述方法还包括：利用二次样条插值，对结构层平面模型进行断面线剖分并按照0.25m的间隔依次提取剖面线上各点的高程数据。
2.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描技术的道路平整度检测方法，其特征在于，对在建道路施工结构层表面进行三维数据采集具体包括以下步骤：
检测按照150-250m为一间隔进行道路检测段落划分，每一检测段落内架设四个测站点，相邻测站点之间布设至少三个不共线的标靶；
采用三维激光扫描设备进行数据采集，所得三维数据包括设备采集的三维点云数据以及标靶的三维坐标；
采用任意设站控制网测量方式测量各测站中的标靶三维坐标。
3.根据权利要求2所述的基于三维激光扫描技术的道路平整度检测方法，其特征在于，将检测路段相邻测站数据进行拼接，统一坐标空间具体包括以下步骤：
对各标靶三维坐标的平面坐标进行自由网平差以及约束平差，得到各参考标靶在统一坐标系下的平面坐标；
对各标靶三维坐标的高程坐标进行高程网平差，得到各参考标靶在统一坐标系下的高程坐标；
对各测站的三维数据进行坐标转换；
转换过程中将各参考标靶在扫描坐标系下的三维坐标以及在统一坐标系下的三维坐标一一对应，求解出各测站的坐标转换参数，并依据坐标转换参数对应相应测站的三维点云数据中的各数据点进行坐标转换，将其从相应的扫描设备坐标系转换至统一坐标系，从而形成统一坐标系下的三维点云数据。
4.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描技术的道路平整度检测方法，其特征在于，对所得三维点云数据进行数据处理，包括点云数据去噪、拼接及拟合，得到施工段结构层表面精确的数模数据，包括：
得到统一坐标系下的三维点云数据后，对各检测段落数据进行独立数据处理，包括三维点云数据去噪、剔除噪声、三角网格生成。
5.根据权利要求4所述的基于三维激光扫描技术的道路平整度检测方法，其特征在于，通过对数模数据进行断面线剖分，计算各条断面线数据下的国际平整度指数，并以一定的权重计算车道平整度指数，用以对施工段各车道的平整度状况进行检测及评价，还包括：
按照国际平整度指数的定义规定及计算方法进行国际平整度指数计算，且由一定的权重分配得到车道国际平整度指数IRIL。
6.根据权利要求5所述基于三维激光扫描技术的道路平整度检测方法，其特征在于，国际平整度指数IRIL由如下公式计算：
其中，n为剖分断面线的数量；ki为第i条断面计算结果所占权重；IRIi为第i条断面线数据计算所得的国际平整度指数。
7.一种基于三维激光扫描技术的道路平整度检测系统，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据权利要求1至6任意一项所述的基于三维激光扫描技术的道路平整度检测方法。
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| GR01 | Patent grant | ||
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