一種基于三維激光技術(shù)的瀝青路面松散識(shí)別及計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于瀝青路面病害檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種基于三維激光技術(shù)的瀝青路面 松散識(shí)別及計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 瀝青路面松散，是指瀝青路面粗細(xì)集料散失，路面結(jié)合料失去粘結(jié)力，而在瀝青路 面表面形成的脫皮、麻面、露骨、表面剝落、有小坑洞等現(xiàn)象。松散主要是荷載或水作用下而 產(chǎn)生的瀝青路面典型病害。進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)層之間的空隙水壓力和高流速的水流，沖刷層面 材料，促使瀝青面層出現(xiàn)剝落、松散等病害，使整個(gè)路面的使用性能迅速變壞，影響了行車 舒適性。同時(shí)，松散可能進(jìn)一步衍生路面坑槽等病害，若不及時(shí)處置，將會(huì)危害行車安全。瀝 青路面松散的有效識(shí)別為松散的及時(shí)處置提供了基礎(chǔ)，因此，其對(duì)提高路面行車舒適性和 安全性具有重要意義。
[0003] 現(xiàn)有的松散識(shí)別多采用人工現(xiàn)場(chǎng)勘查的方法，主要依靠日常巡查人員駕車觀察及 停車采用皮尺等工具量測(cè)，不但費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，而且危險(xiǎn)性較高，同時(shí)難以對(duì)松散的損壞程度 進(jìn)行準(zhǔn)確量化。隨著道路多功能檢測(cè)車的開發(fā)及應(yīng)用，檢測(cè)人員可通過檢測(cè)車輛所采集的 路面圖像來識(shí)別路面松散。但是，該方法不但對(duì)圖像清晰度、明暗對(duì)比等要求較高，而且對(duì) 存儲(chǔ)速度以及存儲(chǔ)空間大小有嚴(yán)格要求，同時(shí)從大量的路面圖像文件中人工辨識(shí)識(shí)別松散 費(fèi)時(shí)費(fèi)力且誤差較大。
[0004] 基于上述分析，傳統(tǒng)的瀝青路面松散識(shí)別方法不能快速、準(zhǔn)確地完成，同時(shí)人工現(xiàn) 場(chǎng)勘查以及人工辨識(shí)松散圖像的方法無法實(shí)現(xiàn)對(duì)瀝青路面松散的準(zhǔn)確量化。為提高路面養(yǎng) 護(hù)效率并增強(qiáng)路面的行車舒適性和安全性，在瀝青路面病害檢測(cè)領(lǐng)域，提供一種快速、準(zhǔn)確 地識(shí)別瀝青路面松散的方法已經(jīng)成為迫切需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于三維激光技術(shù)的瀝青路面松散識(shí)別及計(jì)算方法， 以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)松散的自動(dòng)識(shí)別，不僅快速、準(zhǔn)確，而且 能夠避免工作人員現(xiàn)場(chǎng)勘查的危險(xiǎn)性。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種基于三維激光技術(shù)的瀝青路面松散識(shí)別及計(jì)算方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1 :首先在待檢測(cè)路段上選擇基準(zhǔn)路面對(duì)三維激光設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，然后采用 三維激光設(shè)備對(duì)出現(xiàn)松散病害的瀝青路面進(jìn)行掃描，獲取檢測(cè)路段的路面三維激光點(diǎn)云數(shù) 據(jù)；
[0009] 步驟2 :對(duì)步驟一得到的路面三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理；
[0010] 步驟3 :基于平滑處理后的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，建立基準(zhǔn)路面和松散路面的橫斷面形 態(tài)，提取平滑后松散路面的橫斷面的平均斷面深度K相鄰峰-峰間距pw、峰-谷差值rvd， 其中，平均斷面深度指橫斷面上所有激光點(diǎn)數(shù)據(jù)的高程的平均值；相鄰峰-峰間距指橫斷 面上兩個(gè)相鄰波峰之間的橫向間距；峰-谷差值指相鄰波峰與波谷之間的高程差；
[0011] 步驟4:將每個(gè)路面橫斷面平均分割為M個(gè)等間距的分割段，若一個(gè)橫斷面包含的 激光點(diǎn)數(shù)量為N，則分割后每個(gè)分割段所包含的激光點(diǎn)數(shù)量為
[0012] 步驟5 :計(jì)算每個(gè)橫斷面M個(gè)分割段的特征參數(shù)：平均斷面深度、相鄰峰-峰間距 中值、峰-谷差值中值；
[0013] 步驟6 :根據(jù)每個(gè)路面橫斷面中分割段的特征參數(shù)計(jì)算結(jié)果，逐個(gè)判斷每個(gè)路面 橫斷面是否為松散斷面；
[0014] 步驟7 :根據(jù)松散斷面識(shí)別結(jié)果及每個(gè)路面橫斷面中分割段的特征參數(shù)計(jì)算結(jié) 果，計(jì)算各松散斷面的寬度及深度；
[0015] 步驟8 :根據(jù)松散斷面識(shí)別結(jié)果，對(duì)松散區(qū)域進(jìn)行識(shí)別；
[0016] 步驟9 :對(duì)松散區(qū)域的位置進(jìn)行確定，并對(duì)松散區(qū)域進(jìn)行量化，計(jì)算松散區(qū)域的長(zhǎng) 度、寬度、深度及面積。
[0017] 進(jìn)一步地，步驟2中采用局部加權(quán)回歸散點(diǎn)平滑法的方法對(duì)步驟一得到的路面三 維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理。
[0018] 進(jìn)一步地，步驟5中每個(gè)橫斷面M個(gè)分割段的特征參數(shù)的計(jì)算方法如下：
[0019] 1)橫斷面分割段的平均斷面深度f :
[0021] 其中，V為分割段中所包含的激光點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)量，Zi為分割段中第i個(gè)激光點(diǎn)數(shù)據(jù) 的高程值；
[0022] 2)橫斷面分割段的相鄰峰-峰間距中值一：
[0024] 其中，m為分割段橫斷面中波峰的數(shù)量，Xpi為第i個(gè)波峰的橫坐標(biāo)，median表示 取中值；
[0025] 3)橫斷面分割段的峰-谷差值中值;^ :
[0027] 其中，t為分割段橫斷面中峰值的數(shù)量，Zfi為第i個(gè)峰值的高程值，，median表示 取中值。
[0028] 進(jìn)一步地，步驟6中根據(jù)每個(gè)路面橫斷面中分割段的特征參數(shù)計(jì)算結(jié)果，逐個(gè)判 斷每個(gè)路面橫斷面是否為松散斷面的方法為：
[0029] 1)計(jì)算基準(zhǔn)路面橫斷面的特征參數(shù)值：平均斷面深度Iv相鄰峰-峰間距中值 pwQ，峰-谷差值中值rvdQ;
[0030] 2)將每個(gè)分割段的平均斷面深度、相鄰峰-峰間距中值、峰-谷差值中值與基準(zhǔn)路 面橫斷面的對(duì)應(yīng)特征參數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，如果以下不等式組成立，則判定該分割段為松散特 征分割段；
[0032] 其中，、_，pWij，1^(^分別為第i個(gè)橫斷面的第j個(gè)分割段的平均斷面深度、相鄰 峰-谷差值中值、峰-谷差值中值；
[0033] 3)若第i個(gè)橫斷面中有連續(xù)不低于2個(gè)分割段為松散特征分割段，則該橫斷面為 松散斷面。
[0034] 進(jìn)一步地，步驟7中松散斷面的寬度指松散斷面中連續(xù)松散分割段區(qū)域的寬度； 深度指松散斷面中連續(xù)松散分割段區(qū)域中各個(gè)分割段深度的平均值。
[0035] 進(jìn)一步地，步驟7中計(jì)算各松散斷面的寬度及深度的方法為：
[0036] 1)第i個(gè)松散斷面的寬度wi:
[0037] Wi= n i X Id
[0038] 其中，Ili為第i個(gè)松散斷面中連續(xù)松散分割段區(qū)域中松散分割段的數(shù)量，I d為每 個(gè)分割段的長(zhǎng)度；
[0039] 2)第i個(gè)松散斷面的深度di:
[0041] 其中，Ili為第i個(gè)松散斷面連續(xù)松散分割段區(qū)域中松散分割段的數(shù)量，h k為第i個(gè) 松散斷面連續(xù)松散分割段區(qū)域中第k個(gè)分割段的深度。
[0042] 進(jìn)一步地，步驟8中根據(jù)松散斷面識(shí)別結(jié)果，對(duì)松散區(qū)域進(jìn)行識(shí)別的方法為：當(dāng)連 續(xù)被判定為松散斷面的橫斷面數(shù)量不小于1〇〇〇/1 3時(shí)，該區(qū)域被判定為松散區(qū)域，其中，Is 為相鄰兩個(gè)橫斷面的間距。
[0043] 進(jìn)一步地，步驟9中計(jì)算松散區(qū)域的長(zhǎng)度、寬度、深度及面積的方法為：
[0044] 1)松散區(qū)域長(zhǎng)度L :
[0045] L = nXls
[0046] 其中，η為松散區(qū)域中松散斷面的數(shù)量，Is為相鄰橫斷面之間的間距；
[0047] 2)松散區(qū)域?qū)挾萕 :
[0049] 其中，η為松散區(qū)域中松散斷面的數(shù)量，％為松散區(qū)域中第j個(gè)松散斷面的寬度；
[0050] 3)松散區(qū)域深度D :
[0052] 其中，η為松散區(qū)域中松散斷面的數(shù)量，&為松散區(qū)域中第j個(gè)松散斷面的寬度；
[0053] 4)松散區(qū)域面積A :
[0055] 其中，η為松散區(qū)域松散斷面的數(shù)量，％為松散區(qū)域中第j個(gè)松散斷面的寬度，I s 為相鄰橫斷面之間的間距。
[0056] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
[0057] 本發(fā)明采用了先進(jìn)的三維激光技術(shù)，借助激光檢測(cè)車能夠準(zhǔn)確、快速地獲取瀝青 路面高密度和高精度的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)。通過對(duì)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的平滑處理，有效剔除了激光 點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的噪聲，更加真實(shí)地表現(xiàn)了路表凸凹狀況?；趯?duì)松散斷面與基準(zhǔn)路面橫斷面 的對(duì)比，分析二者斷面特征的差異，提取松散斷面特征參數(shù)平均斷面深度、相鄰峰-峰間 距、峰-谷差值，同時(shí)采用橫斷面分割的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)松散斷面的準(zhǔn)確自動(dòng)識(shí)別，其智能 化和自動(dòng)化能夠避免工作人員現(xiàn)場(chǎng)勘查的危險(xiǎn)性。在對(duì)松散斷面識(shí)別的基礎(chǔ)上，確定了松 散區(qū)域的起始位置，計(jì)算了松散區(qū)域的長(zhǎng)度、寬度、深度以及面積等特征，對(duì)松散區(qū)域全面、 準(zhǔn)確的量化為路面養(yǎng)護(hù)的精細(xì)化研宄奠定了基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0058] 圖1是本發(fā)明的流程框圖；
[0059] 圖2是基準(zhǔn)路面原始橫斷面信號(hào)圖；
[0060] 圖3是平滑后的橫斷面編號(hào)為1的基準(zhǔn)路面橫斷面信號(hào)圖；
[0061]圖4是平滑后的松散路面橫斷面信號(hào)圖，其中（a)是橫斷面編號(hào)為2的松散路面 橫斷面信號(hào)圖；(b)是橫斷面編號(hào)為3的松散路面橫斷面信號(hào)圖；（c)是橫斷面編號(hào)為4的 松散路面橫斷面信號(hào)圖；
[0062] 圖5是路面橫斷面特征參數(shù)說明圖；
[0063] 圖6是松散斷面中松散分割段有效性判斷示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0064] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0065] 參見圖1，一種基于三維激光技術(shù)的瀝青路面松散識(shí)別及計(jì)算方法，包括以下步 驟：
[0066] 1、路面激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取
[0067] 采用三維激光設(shè)備對(duì)出現(xiàn)松散病害的瀝青路面進(jìn)行掃描，獲取檢測(cè)路段的路面三 維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)。檢測(cè)開始前，需要在待檢測(cè)路段上選擇基準(zhǔn)路面對(duì)三維激光設(shè)備進(jìn)行校 準(zhǔn)，其中，基準(zhǔn)路面平整度高，無碎石剝落、松散、車轍等病害，且無