一種基于線結(jié)構(gòu)光和地質(zhì)雷達(dá)的道路綜合檢測方法及系統(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，我國的公路總里程數(shù)達(dá)至IJ450公里，其中高速公路通車?yán)锍踢_(dá)到10.8公里。如此龐大公路交通系統(tǒng)給我國的公路養(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面前的難題。
[0003]傳統(tǒng)的道路檢測以人工或半人工檢測為主，通過人眼觀察、鋪沙或利用連續(xù)式平整度儀進(jìn)行路面信息檢測，傳統(tǒng)的檢測方法效率低下、工作量大、影響正常交通。之后為了提尚檢測效率，有人通過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(中國專利CN102409599)，但這種方法得到的路面信息簡單，無法準(zhǔn)確反映真實(shí)路面情況。激光掃描檢測(中國專利CN101487221、CN103605135B等)是近年來被廣泛應(yīng)用到路面檢測的方法之一，在行駛的檢測車上搭載激光掃描設(shè)備，激光器向路面投射激光束，再通過計(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)過一次檢測將獲得被測路面的點(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精度和檢測效率高，可以得到逼真的路面模型。隨著光學(xué)測量技術(shù)發(fā)展，光學(xué)路面檢測方法成為路面檢測方法的主流研究方向，利用線結(jié)構(gòu)光路面檢測(中國專利CN102706880)能夠獲得高精度的路面整體三維結(jié)構(gòu)。
[0004]雖然道路檢測方法從最初的人工檢測到現(xiàn)在高效的激光掃描檢測和線結(jié)構(gòu)光檢測已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，但是這些檢測方法只停留在道路的路面檢測層面，路面檢測和路基檢測相結(jié)合的道路檢測方法較少，即便存在結(jié)合檢測方法也只是將簡單路面攝像與路基檢測相結(jié)合(中國專利CN203625754);因此現(xiàn)有的道路檢測方法只能獲取單一的道路信息無法全面獲得道路的路面和地下信息，進(jìn)而無法給道路養(yǎng)護(hù)和管理部門提供全面的道路?目息O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的道路檢測方法獲取的道路信息相對(duì)單一，檢測結(jié)果對(duì)道路養(yǎng)護(hù)參考價(jià)值相對(duì)有限等問題，提供了一種基于線結(jié)構(gòu)光和地質(zhì)雷達(dá)的道路綜合檢測方法及系統(tǒng)。本方法和系統(tǒng)將線結(jié)構(gòu)光三維測量和地質(zhì)雷達(dá)地下探測技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了道路路面和路基的同步檢測，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)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種基于線結(jié)構(gòu)光和地質(zhì)雷達(dá)的道路綜合檢測方法是一種將線結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)和地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于道路檢測的方法。利用線結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)實(shí)現(xiàn)道路路面檢測，檢測獲得的路面三維數(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。
[0007]一種基于線結(jié)構(gòu)光和地質(zhì)雷達(dá)的道路綜合檢測方法包括以下步驟:
[0008](I)車輛行進(jìn)，編碼測距系統(tǒng)產(chǎn)生觸發(fā)采集信號(hào)；
[0009](2)數(shù)據(jù)采集:采集車輛行駛過程中車身運(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;記錄車輛行駛距離與時(shí)間關(guān)系；線結(jié)構(gòu)光三維測量實(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)器視覺領(lǐng)域的原理性測量方法。
[0018]所述步驟(2)中，車輛行駛過程中車身運(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)是利用車輛行駛距離與時(shí)間關(guān)系和車身運(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)系下的路長信息，因此需要補(bǔ)償路長信息?？梢岳糜涗浀能囕v行駛距離與時(shí)間關(guān)系(s(t))對(duì)三維數(shù)據(jù)的路長信息進(jìn)行補(bǔ)償(8)，補(bǔ)償后?1(1，7，2)=8(?，5(1:))。此外，車在行進(jìn)過程中，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)的道路綜合檢測系統(tǒng)由路基檢測模塊、路面檢測模塊、觸發(fā)檢測與測距模塊、車身運(yùn)動(dòng)信息檢測模塊、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車上。路基檢測模塊是通過多通道地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)道路路基的檢測。路面檢測模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)道路路面三維信息的檢測，包括面陣相機(jī)線和線結(jié)構(gòu)光激光器。觸發(fā)檢測與測距模塊主要包含為一個(gè)光電式旋轉(zhuǎn)脈沖編碼器，被安裝在車后輪軸上，編碼器產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖一方面用于生成車輛的行駛距離信息；另一方面用于觸發(fā)路基檢測模塊和路面檢測模塊工作，它們在收到觸發(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。車身運(yùn)動(dòng)信息檢測模塊利用車輛運(yùn)動(dòng)位姿傳感器實(shí)時(shí)檢測車體的運(yùn)動(dòng)信息，包括車輛的航向角、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)分布的高精度無損探測設(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。
[0023]上述路基檢測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