激光路面三維檢測專用車技術(shù)與理論研究.pdf

1、近年來,我國高速公路建設(shè)迅猛發(fā)展,隨著公路里程尤其是高速公路里程的不斷增加,公路建成后養(yǎng)護和管理的工作量也在迅速增加,這就對公路的檢測水平提出了較高的要求。而傳統(tǒng)的檢測方法檢測時間長、勞動強度大、檢測速度低,通常只能完成單個指標(biāo)的檢測,即使能夠檢測多個指標(biāo)也只是獨立檢測,不能分析各指標(biāo)間的相互關(guān)系。因此對公路路面質(zhì)量進行快速檢測.從而獲得精確、完整、高效的撿測數(shù)據(jù),為公路養(yǎng)護和管理提供依據(jù)是公路檢測的發(fā)展方向。所以對先進、高效的公路檢測

2、設(shè)備的開發(fā)就顯的尤為重要。
　　 本文建立了路面形狀的三維坐標(biāo),通過分析得知路面三維形狀能夠表示為路面橫斷面和縱斷面的疊加。在路面坐標(biāo)的基礎(chǔ)上建立了路面的三維重建模型,通過分析得出只要檢測出路面的橫斷面和至少兩條縱斷面就能夠完成路面的三維重建。
　　 建立了路面三維檢測的誤差模型,并分析了車輛的垂直振動、俯仰振動、橫欄振功和激光束個數(shù)的多少對檢測精度的影響。得出結(jié)論:垂直振動在斷面檢測結(jié)果中加進去一個常數(shù)項,而俯仰和橫擺

3、振動對檢測結(jié)果影響較大,在激光束個數(shù)較少或振動較明顯時檢測結(jié)果是不可信的。通過對誤差分析提出了路面三維檢測的校正方法,采用此方法可以使路面的檢測精度大幅提高。
　　 在路面縱斷面檢測中,為了實現(xiàn)路面縱斷面的全波段檢測,提出了采用小波長和大波長檢測方法,通過信息融合處理技術(shù),實現(xiàn)了路面縱斷面的全波段檢測。在縱斷面小波長檢測中分析了基于慣性基準(zhǔn)的縱斷面檢測方法的局限性,建立了慣性基準(zhǔn)縱斷面檢測的誤差模型。采用自適應(yīng)卡爾曼濾波和基于加

4、速度的頻率、時域混合積分的動位移精確測量方法,實現(xiàn)了路面縱斷面小波長的精確檢測。
　　 為了解決慣性基準(zhǔn)縱斷面檢測中受檢測速度限制的問題,運用基于基準(zhǔn)傳遞原理的非慣性縱斷面檢測理論,并采用基于陣列信號處理和小波降噪的方法實現(xiàn)了任意速度下的縱斷面小波長檢測。
　　 在路面縱斷面大波長檢測中采用GPS高程數(shù)據(jù)和姿態(tài)儀高程數(shù)據(jù)融合的方法,實現(xiàn)了大波長的精確檢測。
　　 在橫斷面檢測中,提出基于對稱式多準(zhǔn)直激光的橫斷面檢

5、測力法。通過對多路傳感器橫斷面檢測原理的誤差分析,建立了路面橫斷面檢測的誤差模型。得出結(jié)論:橫斷面的檢測誤差主要包括采樣點不重合引起的隨機誤差和傳感器精度有限引起的系統(tǒng)誤差。并提出了對稱式線激光的橫斷面檢測技術(shù),采用該技術(shù)實現(xiàn)了路面橫斷面的精確檢測。
　　 把檢測得到的輪跡附近的兩條路面縱斷面和經(jīng)過線性校準(zhǔn)后的多個橫斷面,以及路面的里程映射到一個統(tǒng)一的三維坐標(biāo)中,采用基于Catmull_Rom插值和非均勻B樣條曲面擬合方法以及路

6、面圖像紋理的映射技術(shù)實現(xiàn)了路面的三維重建,并建立了數(shù)據(jù)庫把重建的三維路面和具體的數(shù)據(jù)庫信息聯(lián)系起來,從這個數(shù)據(jù)庫中不但可以知道任意里程處的車轍深度、國際平整度指數(shù)和路面紋理等單項指標(biāo),而且還可以直觀的評價路面的整體質(zhì)量,同時可以看也各個單項指標(biāo)之間的相關(guān)性,真正實現(xiàn)了路面的三維檢測。
　　 運用以上檢測技術(shù)開發(fā)了相應(yīng)的檢測專用車,完成了檢測車的改裝設(shè)計和檢測車檢測系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計。通過此檢測專用車實現(xiàn)了路面三維形狀的快速檢測