[发明专利]一种基于三维激光扫描的道路纵断面高程和平整度测量方法

说明书

本发明公开了一种基于三维激光扫描的道路纵断面高程和平整度测量方法，采用线激光发射器扫描和三维CCD相机捕捉的方法获取初始路面曲线断面高程数据，然后通过滤波算法去除异常数据和道路纵断面坡度及竖曲线趋势，得到轮迹带内的竖向偏离度，最后根据竖向偏差程度数据，按照国际平整度指数算法和我国规范内算法计算得到国际平整度指数IRI和行驶质量指数RQI。与现有技术相比，本发明采用线激光发射器扫描和三维CCD相机捕捉的方法测量道路纵断面高程数据，适用于路面纵断面高程和路表三维高程的快速测量，测量速度不受车速影响；本发明有效的消除了车辆振动和路面纵断面趋势的影响，路面纵断面高程的测量重复稳定性和精度显著提高。

技术领域

本发明涉及道路测量工程技术领域，特别是一种基于三维激光扫描的道路纵断面高程和平整度测量方法。

背景技术

高速行驶车辆的安全性和舒适性是道路服务水平的重要指标之一，已有实验表明，大约90％以上的路面服务性能来自于路面平整度，因此路面平整度也是路面技术状况检测和评定众多项目中最为重要的指标之一。

道路平整度的定义是：路面表面相对于理想平面的竖向偏差程度。现有的路面平整度的检测设备主要包括两大类：断面类平整度检测设备和响应类平整度检测设备，其中断面类检测设备直接获取路面纵断面曲线。因此，道路纵断面曲线高程数据是计算路面平整度的基础。

目前较为先进的检测设备是车载式点激光断面仪，该设备检测速度快、数据可靠、精度高，但存在着以下问题：1)测量精度受检测车颠簸和震动影响较大，使用加速度计来处理车辆自身颠簸的影响，存在不同步的问题；2)对检测环境要求高，减少对检测精度的影响；3)低于一定速度时的检测结果精度较差，因此检测过程中车辆需匀速行驶。

计算路面平整度时需要去除路线纵断面坡度、路线凸凹竖曲线和路线平曲线横坡的影响，而车载式点激光断面仪由于是沿着车辆行驶轨迹测量得到的纵断面相对高程离散点，这些数据无法全面准确去除上述影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种基于三维激光扫描的道路纵断面高程和平整度测量方法。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种基于三维激光扫描的道路纵断面高程和平整度测量方法，包括以下步骤：

S1、将线激光发射器和三维CCD相机集成在一个密闭控制箱4内，将控制箱固定在小车后端顶部，线激光发射器和三维CCD相机的镜头朝向小车后端的地面，调整线激光发射器安装角度使其焦点对准小车其中一个后轮的轮迹带，再调节线激光发射器镜头使线激光发射器发射的线激光沿着小车前进方向分布于其中一个后轮的轮迹带上；

S2、调整三维CCD相机拍摄角度使焦点也对准小车其中一个后轮的轮迹带，调三维CCD相机得镜头使三维CCD相机的扫描线宽度与线激光发射器发射的线激光长度相同，且三维CCD相机最外侧的两条扫描线与轮迹带的两交点与线激光发射器发射的线激光的两端点重合；

S3、在小车其中一个后轮的轮轴或轮胎上安装距离测量装置，并将距离测量装置与触发器连接，在小车内安装与触发器互联的微处理器，再将微处理器的信号输出线连接于线激光发射器和三维CCD相机，通过微处理器设置触发器的触发间隔距离，随着小车前行达到触发间隔距离，触发器触发成功使微处理器控制线激光发射器射出一条线激光，与其中一个后轮的轮迹带相交后得到曲线断面，控制三维CCD相机捕捉这条曲线断面上的所有激光点信息，微处理器经过处理后得到完整的曲线断面上高程数据；

S4、微处理器根据采集得到的曲线断面上的高程数据，选择轮迹带计算长度，剔除异常数据，得到一定间距的轮迹带初步纵断面高程信息；

S5、经过微处理器处理去除纵断面坡度和竖曲线趋势，得到路面表面相对于理想平面的竖向偏差程度；