[发明专利]一种基于激光投影的快速道路横断面测量方法及装置

权利要求书

1.一种基于激光投影的快速道路横断面测量方法，其特征在于，包括步骤：

S1、载体位置及姿态测量：利用GNSS高精度定位天线及高精度定位定向接收机计算得到载体在大地坐标系下的位置和姿态角；

S2、获取激光投影图像：在载体的前端安装激光发射器，所述激光发射器的激光发射点P将激光线投射到待测路面，通过激光发射器正下方的高速广角摄像机实时地获取激光投影图像，记录激光投影图像的拍摄时刻；

S3、数据处理：提取步骤S2中获得的每一时刻的激光投影图像中的激光投影线，计算所述激光投影线相对于载体的位置信息，再结合步骤S1得到的载体在大地坐标系下的位置及姿态角，将激光投影线相对于载体的位置信息转换至大地坐标系，得到道路横断面信息；

激光投影线相对载体的位置信息的计算过程为：

以高速摄像机的摄像中心S建立像空间辅助坐标系以及像空间坐标系，对于提取的激光投影线上的任一待测点A，在激光投影图像上对应的像点a在像平面坐标系下的坐标为(x,y)，则该像点a在像空间坐标系中的坐标为(x,y,-f)，f为相机焦距，设定该像点a在像空间辅助坐标系中的坐标为(X,Y,Z)，两坐标存在关系式(1)：

其中，R为两坐标系之间的旋转矩阵：

a_i,b_i,c_i为影像的空间姿态组成的9个方向余弦，i＝1,2,3；

设定待测点A在载体坐标系下的坐标为(X_A,Y_A,Z_A)，摄像中心S在载体坐标系下的坐标为(X_S,Y_S,Z_S)，由于摄像中心S、像点a以及待测点A共线，因此有关系式(2)：

其中λ为比例因子；

激光发射器的激光发射点P在载体坐标系下的坐标(X_P,Y_P,Z_P)，激光面的法向量为(X',Y',Z')，因此待测点A满足关系式(3)：

根据以上三个关系式可以求解得到待测点A在载体坐标系下的坐标(X_A,Y_A,Z_A)，对于激光投影线上的各点按照上述过程计算在载体坐标系下的坐标，即得到激光投影线相对于载体的位置信息。

2.一种使用如权利要求1所述的基于激光投影的快速道路横断面测量方法的基于激光投影的快速道路横断面测量装置，其特征在于，包括载体、激光发射器、高速广角摄像机、GNSS系统以及车载计算机。

3.根据权利要求2所述的基于激光投影的快速道路横断面测量装置，其特征在于，所述载体为一行驶在待测道路上的测量车。

4.根据权利要求2所述的基于激光投影的快速道路横断面测量装置，其特征在于，所述激光发射器安装在载体的前端，且与载体的车轴平行，所述激光发射器设有一激光发射点，所述激光发射点发射激光形成激光面，并在道路上投影形成激光投影线。

5.根据权利要求2所述的基于激光投影的快速道路横断面测量装置，其特征在于，所述高速广角摄像机安装在所述激光发射器的正下方，用于实时获取激光投影图像。

6.根据权利要求2所述的基于激光投影的快速道路横断面测量装置，其特征在于，所述GNSS系统包含GNSS高精度定位天线及与其连接的高精度定位定姿接收机，其中所述GNSS高精度定位天线安装在载体的上端，所述GNSS系统用于测量载体在大地坐标系下的位置及姿态角。