三维激光雷达在公路施工质量控制中的应用研究

作     者：杨晨辉 

作者单位：交通运输部公路科学研究所 

学位级别：硕士

导师姓名：曹东伟

授予年度：2021年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 

主      题：三维激光雷达 平整度检测 厚度检测 国际平整度指数 点云数据处理 

摘      要：路面平整度及结构层厚度是评价道路施工质量控制中的关键指标,传统的检测方法对于施工路段进行检测及评价时具有一定的局限性。地面三维激光雷达扫描系统具有非接触性、检测效率快、数据精度高等优势,其数据可以用于表面平整度及结构层厚度检测。因此,本文重点探讨了地面式三维激光雷达扫描系统在公路施工质量中的平整度及厚度指标检测中的应用问题,并开展了以下研究工作:(1)重点阐述了三维激光雷达扫描系统的技术原理,通过误差传播定律分析其精度能够满足道路施工平整度及厚度检测的要求。(2)结合点云数据自身及目标分析对象点云数据的特点,研究路面点云数据处理过程中的关键技术方法,包括点云数据去噪、点云数据精简、标靶拟合、路面边线提取及路面三角网格生成等。(3)整理并总结了路面平整度评价方法及指标,从重复性试验及相关性试验两方面研究地面三维激光雷达扫描设备用于路面平整度检测的可靠性。重复性试验结果显示其变异系数为4.442%小于5%满足要求;相关性试验结果显示其检测结果与水准仪检测结果的相关性系数为=0.997≥0.98,符合相关性试验要求。(4)研究不同统计间隔及不同断面数据对计算结果的影响,分析系统检测数据的一致性,研究结果表明随着统计间隔的加长,指标计算值逐步趋向于一个稳定的数值,更能反映路段整体的平整度状况;同时,不同车道与同一车道内不同断面的高程数据的指标计算结果均有不同程度的波动,研究提出了车道加权国际平整度指数的概念用以评价路段平整度。(5)提出了一套三维激光雷达扫描设备用以检测施工路段平整度及厚度的具体作业方案。实例工程数据计算得到国际平整度指数及提出的RS标准差指标与路段平整度标准差之间具有良好的线性关系。(6)结合实例工程,对中面层厚度进行检测,每车道按照5m长度为间隔进行单元划分,提出路面厚度偏差量的指标用以评定结构层厚度施工均匀性,提出了结构层偏薄处的厚度补偿法。