[发明专利]基于电瓶车车载式激光点云移动测量系统获取道路横断面的方法

权利要求书

1.基于电瓶车车载式激光点云移动测量系统获取道路横断面的方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1：在待测道路沿线建立平面和高程控制网，在待测道路沿线按预设间距布设特征点标志，利用全站仪数字测量方法或GPS RTK测量方法测量特征点标志在公路工程坐标系下的平面坐标及高程；

步骤2：在进行车载激光点云数据扫描前，根据已知的待测道路中所有缓和曲线的：直缓点ZH、交点JD、缓直点HZ的位置和里程、中桩点i的里程、线路偏转角α、缓和曲线长ls、圆曲线半径R，计算所述缓和曲线区间中所有中桩点i的在公路工程坐标系下的坐标(x_i、y_i)及中桩点i的曲线切线方位角A_i；

步骤3.1：根据步骤2获得的中桩点i的坐标(x_i、y_i)和曲线切线方位角A_i及预设的待测道路横断面内左右边桩i_左或i_右到中桩点i的距离的长度S，计算所有中桩点i左右边桩在公路工程坐标系下的坐标(x_i左，y_i左)，(x_i右，y_i右)，

i_左坐标：

i_右坐标：

步骤3.2：针对每个中桩点i的横断面预设横断面顶端的激光点云数据矩形切片，矩形切片厚度为d，宽度为2S，根据坐标(x_i左，y_i左)，(x_i右，y_i右)，计算矩形切片四个顶点A、B、C、D在的公路工程坐标系下的坐标；

步骤4：将移动激光扫描系统安置于电瓶车后座，沿待测道路测量范围进行扫描作业，获取待测道路沿线中路面地形和特征点标志的扫描数据；

步骤5：点云数据预处理：将扫描数据导入计算机，得到激光测距数据、POS数据、GPS地面基站数据，计算机根据POS数据、GPS地面基站数据处理激光测距数据，包括轨迹解算、点云拼接，获取扫描范围的公路工程坐标系下的整体三维点云模型，生成*.las文件，其中每一个激光点云数据均包含公路工程坐标系下的点云P自由向量laser＝(x_L，y_L，z_L，I)，x_L，y_L，z_L分别为点云P的法向量在公路工程坐标系下x,y,z三个方向的分量，I为点云P的反射强度信息；

对三维点云模型预分割；

分割单元特征选取，提取曲率分布的一致性和反射强度分布的一致性；

基于核函数的软间隔SVM分类，对于每个分割单元，选择分割单元特征选取中的两个特征构建该分割单元的向量，每个特征的值即为该分割单元内所有点对应特征的均值；然后将训练样本分割单元和测试数据分割单元的特征向量统一缩放到(0-1)范围内，并将同一特征属性转化到相同的尺度，降低模型创建计算的复杂度，最终将整理后的分割单元特征向量输入SVM分类器；

基于先验知识的地面数据、非地面数据粗分类结果的优化，位于道路边缘和散布在道路路面上的噪声点投影到二维平面中呈现出线性分布；位于道路地面上的点云，在空间垂直分布上与位于非地面上的点云有明显不同，所述非地面上的点云为植被点云，植被点云空间变化和反射强度变化平滑，分布类似高斯分布，而地面点云则不具备此特征；

步骤6：测量精度检验：将特征点标志在公路工程坐标系下的坐标值作为参考值，激光点云数据中特征点标志的同名点坐标值作为观测值，观测值精度以点位中误差进行评定，中误差按式计算，其中M’为中误差，Δ为观测值与其参考值之差，n为特征点标志的同名点观测值的个数，当中误差M’的绝对值|M’|≤10cm时可认为激光点云数据精度可靠，可进行横断面数据的提取，对于中误差超过限差要求的，对不合格的线路区间予以重测；

步骤7：利用不等式判断任一点云是否位于待测道路横断面顶端面内：对于位于任一待测道路横断面顶端面内的点云P予以保留，对于不位于所有待测道路横断面顶端面内的点云P予以剔除，完成所有所述横断面中点云P的提取；所述待测道路横断面顶端面为步骤3.2中的激光点云数据矩形切片ABCD，不等式为:

且/

计算机将所述点云P依次代入步骤3.2得到的每个所述矩形切片顶点构成的不等式，对于满足任一不等式的点云P予以保留，对于不满足所有不等式的点云P予以剔除，完成所有所述横断面中点云P的提取；

步骤8：以步骤7中所述横断面的中桩点i为原点，正北方向为y轴建立直角坐标系，计算所述横断面与正北方向的夹角θ_北，按下式对切割后的矩形切片ABCD内的点云P进行旋转：

其中，x_L、y_L为旋转前的点云P坐标，x'、y'为旋转后的点云P坐标；

步骤9：在步骤8所述的直角坐标系中，将旋转后的点云P坐标值y'替换为x”，将点云P的高程值z替换为y”，得到所述横断面的正射投影图形，x”为点云P到中桩点i的距离，y”为点云P到中桩点i的高差；

步骤10：在所有横断面的正射投影图形中选择高程变化点即断面点，生成所有横断面数据文件。