一種基于線結(jié)構(gòu)光和地質(zhì)雷達(dá)的道路綜合檢測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及道路信息檢測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種基于線結(jié)構(gòu)光和地質(zhì)雷達(dá)的道路綜合檢測(cè)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]公路交通是交通運(yùn)輸業(yè)的重要組成部分，截止到2015年，我國(guó)的公路總里程數(shù)達(dá)至IJ450公里，其中高速公路通車(chē)?yán)锍踢_(dá)到10.8公里。如此龐大公路交通系統(tǒng)給我國(guó)的公路養(yǎng)護(hù)和管理提出了巨大的挑戰(zhàn)，如何對(duì)公路交通網(wǎng)進(jìn)行更加高效、綜合的道路信息檢測(cè)從而為道路的養(yǎng)護(hù)和管理提供更加全面的信息支撐成為擺正各部門(mén)面前的難題。
[0003]傳統(tǒng)的道路檢測(cè)以人工或半人工檢測(cè)為主，通過(guò)人眼觀察、鋪沙或利用連續(xù)式平整度儀進(jìn)行路面信息檢測(cè)，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法效率低下、工作量大、影響正常交通。之后為了提尚檢測(cè)效率，有人通過(guò)米集路面行駛加速度反推路面?目息的方法進(jìn)行路面檢測(cè)(中國(guó)專利CN102409599)，但這種方法得到的路面信息簡(jiǎn)單，無(wú)法準(zhǔn)確反映真實(shí)路面情況。激光掃描檢測(cè)(中國(guó)專利CN101487221、CN103605135B等)是近年來(lái)被廣泛應(yīng)用到路面檢測(cè)的方法之一，在行駛的檢測(cè)車(chē)上搭載激光掃描設(shè)備，激光器向路面投射激光束，再通過(guò)計(jì)算發(fā)射光和反射光的相位差反推出激光投射點(diǎn)的高程信息；經(jīng)過(guò)一次檢測(cè)將獲得被測(cè)路面的點(diǎn)云信息，利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)重構(gòu)出三維路面。這種方法具有較高的檢測(cè)精度和檢測(cè)效率高，可以得到逼真的路面模型。隨著光學(xué)測(cè)量技術(shù)發(fā)展，光學(xué)路面檢測(cè)方法成為路面檢測(cè)方法的主流研究方向，利用線結(jié)構(gòu)光路面檢測(cè)(中國(guó)專利CN102706880)能夠獲得高精度的路面整體三維結(jié)構(gòu)。
[0004]雖然道路檢測(cè)方法從最初的人工檢測(cè)到現(xiàn)在高效的激光掃描檢測(cè)和線結(jié)構(gòu)光檢測(cè)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，但是這些檢測(cè)方法只停留在道路的路面檢測(cè)層面，路面檢測(cè)和路基檢測(cè)相結(jié)合的道路檢測(cè)方法較少，即便存在結(jié)合檢測(cè)方法也只是將簡(jiǎn)單路面攝像與路基檢測(cè)相結(jié)合(中國(guó)專利CN203625754);因此現(xiàn)有的道路檢測(cè)方法只能獲取單一的道路信息無(wú)法全面獲得道路的路面和地下信息，進(jìn)而無(wú)法給道路養(yǎng)護(hù)和管理部門(mén)提供全面的道路?目息O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的道路檢測(cè)方法獲取的道路信息相對(duì)單一，檢測(cè)結(jié)果對(duì)道路養(yǎng)護(hù)參考價(jià)值相對(duì)有限等問(wèn)題，提供了一種基于線結(jié)構(gòu)光和地質(zhì)雷達(dá)的道路綜合檢測(cè)方法及系統(tǒng)。本方法和系統(tǒng)將線結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量和地質(zhì)雷達(dá)地下探測(cè)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了道路路面和路基的同步檢測(cè)，獲得了道路的路面三維信息和路基信息，構(gòu)建了道路信息模型。全面的道路信息給道路的養(yǎng)護(hù)和管理提供了更有意義的參考價(jià)值，為道路的病害識(shí)別、質(zhì)量評(píng)價(jià)提供了更強(qiáng)大的信息基礎(chǔ)。
[0006]本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種基于線結(jié)構(gòu)光和地質(zhì)雷達(dá)的道路綜合檢測(cè)方法是一種將線結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量技術(shù)和地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于道路檢測(cè)的方法。利用線結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)道路路面檢測(cè)，檢測(cè)獲得的路面三維數(shù)據(jù)構(gòu)建路面三維模型；同時(shí)利用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)道路路基的淺層地質(zhì)構(gòu)造，獲取路基雷達(dá)數(shù)據(jù)信息。最終實(shí)現(xiàn)道路信息模型的構(gòu)建，完成道路從路面到路基的綜合檢測(cè)。
[0007]一種基于線結(jié)構(gòu)光和地質(zhì)雷達(dá)的道路綜合檢測(cè)方法包括以下步驟:
[0008](I)車(chē)輛行進(jìn)，編碼測(cè)距系統(tǒng)產(chǎn)生觸發(fā)采集信號(hào)；
[0009](2)數(shù)據(jù)采集:采集車(chē)輛行駛過(guò)程中車(chē)身運(yùn)動(dòng)信息，包括航向角、俯仰角、傾角、三軸角速度和加速度等;記錄車(chē)輛行駛距離與時(shí)間關(guān)系；線結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量實(shí)現(xiàn)對(duì)道路路面三維數(shù)據(jù)采集，地質(zhì)雷達(dá)實(shí)現(xiàn)路基雷達(dá)數(shù)據(jù)采集；
[0010](3)數(shù)據(jù)處理:補(bǔ)償和校正路面三維數(shù)據(jù);對(duì)地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，如降噪等;
[0011](4)數(shù)據(jù)同步:實(shí)現(xiàn)車(chē)輛行進(jìn)方向上路面三維數(shù)據(jù)和地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)的同步；
[0012](5)道路信息模型構(gòu)建。
[0013]所述步驟(2)中，線結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量實(shí)現(xiàn)對(duì)道路路面三維數(shù)據(jù)采集包括以下幾步:
[0014](2.1)對(duì)面陣相機(jī)和線結(jié)構(gòu)光激光平面進(jìn)行標(biāo)定，獲得相機(jī)參數(shù)(內(nèi)參-N，外參-Μ)和激光平面的參數(shù)(L);
[0015](2.2)線結(jié)構(gòu)光激光器向路面投射線結(jié)構(gòu)光，面陣相機(jī)每收到觸發(fā)采集信號(hào)將拍攝待測(cè)路面的結(jié)構(gòu)光條圖像；
[0016](2.3)提取出每張光條圖像中光條上每個(gè)像素點(diǎn)的像素坐標(biāo)(ρ)，利用相機(jī)參數(shù)和激光平面等參數(shù)，根據(jù)激光三角法(f)計(jì)算出光條上每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間三維坐標(biāo)PU，y，z) = f (ρ，N，M)，即路面被照射點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
[0017]上述(2.3)中所述的激光三角法是機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域的原理性測(cè)量方法。
[0018]所述步驟(2)中，車(chē)輛行駛過(guò)程中車(chē)身運(yùn)動(dòng)信息是利用的運(yùn)動(dòng)位姿傳感器采集。
[0019]所述步驟(3)中，補(bǔ)償和校正路面三維數(shù)據(jù)是利用車(chē)輛行駛距離與時(shí)間關(guān)系和車(chē)身運(yùn)動(dòng)信息和對(duì)三維路面數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償和校正。原始獲得的路面某一照射點(diǎn)的三維坐標(biāo)(x，y，z)為每次拍攝時(shí)所建世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，x、y、z分別表示該點(diǎn)在路面寬度、長(zhǎng)度和深度方向上的分量。在進(jìn)行路面三維重構(gòu)時(shí)原始三維數(shù)據(jù)χ、ζ坐標(biāo)正好對(duì)應(yīng)重構(gòu)世界坐標(biāo)系下的Χ、ζ坐標(biāo)，但是原始三維數(shù)據(jù)的y坐標(biāo)并不表示重構(gòu)世界坐標(biāo)系下的路長(zhǎng)信息，因此需要補(bǔ)償路長(zhǎng)信息?？梢岳糜涗浀能?chē)輛行駛距離與時(shí)間關(guān)系(s(t))對(duì)三維數(shù)據(jù)的路長(zhǎng)信息進(jìn)行補(bǔ)償(8)，補(bǔ)償后?1(1，7，2)=8(?，5(1:))。此外，車(chē)在行進(jìn)過(guò)程中，相機(jī)的位姿不斷變化，為了保證三維路面信息的準(zhǔn)確性需要利用車(chē)身的傾角(Φ )、角速度(W)和加速度(A)信息進(jìn)行校正(F)，校正結(jié)果P2(x，y，z)=F(Pi, Φ，W，A)。
[0020]所述步驟(5)中構(gòu)建的道路信息模型是由路面三維模型和路基雷達(dá)圖譜模型構(gòu)建，通過(guò)道路信息模型能夠形象、逼真地反應(yīng)出道路路面和路基情況，為后續(xù)的路面病害和路基病害提取，道路質(zhì)量評(píng)價(jià)提供有力支撐。
[0021]一種基于線結(jié)構(gòu)光和地質(zhì)雷達(dá)的道路綜合檢測(cè)系統(tǒng)由路基檢測(cè)模塊、路面檢測(cè)模塊、觸發(fā)檢測(cè)與測(cè)距模塊、車(chē)身運(yùn)動(dòng)信息檢測(cè)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理與道路模型生成模塊六部分組成，所有模塊一并安裝在檢測(cè)車(chē)上。路基檢測(cè)模塊是通過(guò)多通道地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)道路路基的檢測(cè)。路面檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)道路路面三維信息的檢測(cè)，包括面陣相機(jī)線和線結(jié)構(gòu)光激光器。觸發(fā)檢測(cè)與測(cè)距模塊主要包含為一個(gè)光電式旋轉(zhuǎn)脈沖編碼器，被安裝在車(chē)后輪軸上，編碼器產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖一方面用于生成車(chē)輛的行駛距離信息；另一方面用于觸發(fā)路基檢測(cè)模塊和路面檢測(cè)模塊工作，它們?cè)谑盏接|發(fā)脈沖后將分別采集一道地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)和一幅路面光條圖像。車(chē)身運(yùn)動(dòng)信息檢測(cè)模塊利用車(chē)輛運(yùn)動(dòng)位姿傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)車(chē)體的運(yùn)動(dòng)信息，包括車(chē)輛的航向角、俯仰角、傾角、三軸角速度和加速度信息。數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)、脈沖編碼器信息、車(chē)身運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)處理與模型生成模塊將對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行換算、補(bǔ)償、校正、降噪和同步等運(yùn)算，得到精確的路面三維數(shù)據(jù)和路基雷達(dá)數(shù)據(jù)。利用路面三維數(shù)據(jù)構(gòu)建逼真的路面三維模型，再融合路基雷達(dá)數(shù)據(jù)生成道路整體信息模型。
[0022]上述路基檢測(cè)模塊中的地質(zhì)雷達(dá)是一種基于高頻電磁波用于確定地下介質(zhì)分布的高精度無(wú)損探測(cè)設(shè)備，由控制單元、發(fā)射天線、接收天線和數(shù)據(jù)采集單元四部分組成。發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻電磁波，接收天線接收由地下介質(zhì)反射的電磁波，部分地質(zhì)雷達(dá)的發(fā)射天線和接收天線合并在一個(gè)天線內(nèi)。地質(zhì)雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)道路地下介質(zhì)分布情況、道路病害等得探測(cè)。
[0023]上述路基檢測(cè)模塊中的多通道地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備，是由多個(gè)地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備單元組成，包括多通道地質(zhì)雷達(dá)天線陣列、多通道主機(jī)等。所述多通道地