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车载式三维激光路面检测系统设计与实现

车载式三维激光路面检测系统设计与实现

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作者：郭牧长安大学

学位级别：硕士

发展以三维激光检测技术为代表的路面自动化检测技术,是解决我国当前在路面技术状态监测,状况评价,养护维修领域面临的道路养护里程巨大、评价指标精度不足、技术人员成本昂贵等问题的必由之路。现阶段,道路管养部门把基于三维激光检测... 详细信息

发展以三维激光检测技术为代表的路面自动化检测技术,是解决我国当前在路面技术状态监测,状况评价,养护维修领域面临的道路养护里程巨大、评价指标精度不足、技术人员成本昂贵等问题的必由之路。现阶段,道路管养部门把基于三维激光检测技术的车载检测系统应用在国省干线道路的路面技术指标及病害检测中的试点工作已经展开,但受限于三维激光技术的高技术门槛,推广工作举步维艰,究其原因仍在于目前尚无一款能被检测市场广泛接受的车载三维激光路面检测系统。国内道路管养部门现有的车载三维激光检测系统有来自于众多供应商的整车系统,也有自行组装集成的系统。这些车载系统的原理一致,设备构成近似,但仍存在细部结构装配或设置参数等多项差异。设备供应商不能随着公路行业高度专业性的检测项目因地制宜的调试改进系统,系统中闭源的附属检测软件封闭检测数据源也使得养护技术人员在使用时处处掣肘,对接下来的养护决策阶段给予的支持乏力;三维激光技术的高技术门槛也使得自行组装集成系统检测结果的可靠性成为管养部门的难题。因此,本研究在深入调查和比对了国内外现有的车载三维激光检测系统后,首先提出了适配于路面病害检测项目的三维激光检测技术要求,并以此为标准甄选了研究级精度的三维激光检测设备单元及其适配组件,进一步的设计并装配了相应的车载三维激光检测系统,并针对该系统提出了其布设关键参数的校准设备与校准方案。在证明装配系统的各项性能符合设计后,根据路面检测指标需求,设计了三维激光检测系统场地校准实验方案来验证系统输出结果的可靠性,还编译了用于数据预处理及三维重构模型的算法,最终在检测项目实例中验证该车载三维激光检测系统用于路面病害检测的研究潜力及潜在的商业价值。本文研究思想和方法及主要研究成果如下:(1)基于路面检测中道路路面特性和病害类型与评价指标的检测需求,确定以三维激光检测技术为目标集成系统时的检测技术要求,以此为准调研国内外各大设备供应商可获得的三维激光设备组件并甄选出适用于本研究的三维激光设备单元。(2)以甄选出的三维激光设备单位为核心组件,确定目标系统中其余组件并设计整体装配布局,进一步对三维激光设备单元核心组件依照先前检测技术要求设计细部装配布局,最终实现目标系统原型机的集成装配。(3)针对得到的系统原型机校准装配时所用的布设关键参数,提出相应的校准装备和校准方案,来验证装配原型机与布局设计相一致。最终,通过装配原型机实测实验室沥青板的构造深度指标来确定适宜于路面纹理检测的三维激光测点影响面积。(4)总结装配的车载三维激光系统在检测项目中的系统误差及其影响,再提出相对应的车载三维激光检测系统的场地校准方案,并加以实地实验验证,以保证道路工程检测项目输出结果的可靠性。(5)建立适配于车载三维激光检测系统的三维模型重构方法,具体包括三维激光检测的点云数据获取、点云数据的预处理、激光断面滤波方法以及点云重构。最终以一段实测车辙检测数据建立三维重构模型。本研究在综合调研当前国内外各类车载三维激光检测系统装配方案后,提出了一套适配于我国路面检测规范的车载三维激光检测系统及配套的系统精度场地校验方案,并建立了获得的激光点云数据的三维重构模型数据处理算法。这对于路面养护作业中路面状况评价和施工质量控制具有重要的参考价值,所建立的系统场地精度校验方案和三维重构模型数据处理算法可以根据不同检测项目实际情况进行修订,可用于其他决策及整个道路的养护决策中。

关键词：车载三维激光检测技术道路表面病害检测设备系统精度校验路面三维模型构建

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