基于车载三维激光点云数据的路面平整度评价算法研究

摘要

路面平整度作为评价路面质量的主要技术标准之一，与车辆的安全性、舒适性和道路的使用寿命都有关联。传统的路面平整度评价方法大多是通过实地测量道路纵断面上离散的高程信息来进行分析，存在着人力、物力消耗大，分析结果精度低的缺点。本文对车载移动测量系统采集的三维激光点云数据做了充分的研究和考量，在调研国内外路面平整度评价方法的基础上，提出从激光点云数据中提取出所需要的道路纵断面高程信息评价路面平整度的算法，取得了预期的评价结果。主要研究内容包括：　　(1)路面激光点云滤波算法研究。在进行路面平整度评价之前，需要对路面激光点云进行滤波处理来提高算法的运算效率以及准确度，比较几种点云滤波算法的滤波原理，最后采用适合本文数据特点的形态学滤波方法，以点云数据采集过程中同步记录的轨迹点处路面高程作为基准，设置高差阈值将点云数据中存储的飞点、车辆轮胎点、建筑物点等噪声点过滤掉，确保评价结果准确性。　　(2)道路纵断面插值点高程算法研究。路面平整度评价即是对道路纵断面线起伏情况进行分析评价，调用ArcGIS接口对道路纵向矢量线进行等距离插值，基于路面点云的高程信息提出两种插值点高程算法，分别是插值点缓冲区分析法和激光点云栅格化处理法，通过对比分析两种算法处理结果对道路纵断面高差细节的保留程度，最后确定插值点缓冲区分析法作为本文的插值点高程算法生成道路纵断面线。　　(3)路面平整度评价算法研究。借鉴传统的路面平整度评价方法三米直尺法，采用设置虚拟直尺的包络线法对道路纵断面线提取每10m段的最大深度值，对所有最大深度值求标准偏差，利用我国交通部公路科学研究所经过大量实验得出的换算关系式，将标准偏差转换为国际平整度指数，并根据国际平整度指数计算出路面行驶质量，通过参照我国《公路技术状况评定标准》中的有关规范，验证本文算法评价结果的准确性。　　(4)设置实验，验证算法可靠性。本文中求取最大深度值使用的包络线法借鉴于三米直尺法，两种方法在道路纵断面上的操作原理是一致的，证明本文算法进行平整度评价具有理论可行性。运用本文中路面平整度评价算法，对山东境内某高速公路和某二级公路激光点云数据进行处理，对比世界银行公布的路面平整度计算程序运行结果，认定本文算法得出了预期的平整度评价结果。

目录

声明

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 三维激光点云数据采集及滤波处理

2.1 车载移动测量系统结构及工作原理

2.1.1 激光扫描仪

2.1.2 全景相机

2.1.3 全球导航卫星系统

2.1.4 惯性量测单元

2.1.5 里程计

2.1.6 车载移动测量系统的作业优势

2.2 三维激光点云数据采集

2.2.1 数据采集准备阶段

2.2.2 数据采集阶段

2.2.3 三维激光点云数据特点

2.3 三维激光点云数据滤波算法研究

2.3.1 噪点产生的原因

2.3.2 常用的滤波算法

2.3.3 激光点云形态学滤波算法研究

2.4 本章小结

3 道路纵断面插值点高程算法研究

3.1 轨迹线插值点缓冲区分析算法

3.2 激光点云栅格化处理算法

3.2.1 激光点云栅格化算法实现过程

3.2.2 轨迹线插值点像素匹配

3.3 两种插值点高程算法对比分析

3.4 本章小结

4 路面平整度评价算法研究

4.1标准偏差求取算法研究

4.1.1 最大深度值算法设计

4.1.2 标准偏差求取算法实现

4.2 IRI求取算法研究

4.2.1 国际平整度指数模型研究

4.2.2 国际平整度指数求取算法实现

4.2.3 路面行驶质量评价分析

4.3 平整度评价算法对比验证实验

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 总 结

5.2 展 望

参考文献

作者简历

致谢

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