一種基于線結構光和地質雷達的道路綜合檢測方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及道路信息檢測技術，尤其涉及一種基于線結構光和地質雷達的道路綜合檢測方法及系統。
【背景技術】
[0002]公路交通是交通運輸業的重要組成部分，截止到2015年，我國的公路總里程數達至IJ450公里，其中高速公路通車里程達到10.8公里。如此龐大公路交通系統給我國的公路養護和管理提出了巨大的挑戰，如何對公路交通網進行更加高效、綜合的道路信息檢測從而為道路的養護和管理提供更加全面的信息支撐成為擺正各部門面前的難題。
[0003]傳統的道路檢測以人工或半人工檢測為主，通過人眼觀察、鋪沙或利用連續式平整度儀進行路面信息檢測，傳統的檢測方法效率低下、工作量大、影響正常交通。之后為了提尚檢測效率，有人通過米集路面行駛加速度反推路面?目息的方法進行路面檢測(中國專利CN102409599)，但這種方法得到的路面信息簡單，無法準確反映真實路面情況。激光掃描檢測(中國專利CN101487221、CN103605135B等)是近年來被廣泛應用到路面檢測的方法之一，在行駛的檢測車上搭載激光掃描設備，激光器向路面投射激光束，再通過計算發射光和反射光的相位差反推出激光投射點的高程信息；經過一次檢測將獲得被測路面的點云信息，利用點云數據重構出三維路面。這種方法具有較高的檢測精度和檢測效率高，可以得到逼真的路面模型。隨著光學測量技術發展，光學路面檢測方法成為路面檢測方法的主流研究方向，利用線結構光路面檢測(中國專利CN102706880)能夠獲得高精度的路面整體三維結構。
[0004]雖然道路檢測方法從最初的人工檢測到現在高效的激光掃描檢測和線結構光檢測已經取得了很大的進步，但是這些檢測方法只停留在道路的路面檢測層面，路面檢測和路基檢測相結合的道路檢測方法較少，即便存在結合檢測方法也只是將簡單路面攝像與路基檢測相結合(中國專利CN203625754);因此現有的道路檢測方法只能獲取單一的道路信息無法全面獲得道路的路面和地下信息，進而無法給道路養護和管理部門提供全面的道路?目息O
【發明內容】
[0005]本發明為了解決現有的道路檢測方法獲取的道路信息相對單一，檢測結果對道路養護參考價值相對有限等問題，提供了一種基于線結構光和地質雷達的道路綜合檢測方法及系統。本方法和系統將線結構光三維測量和地質雷達地下探測技術相結合，實現了道路路面和路基的同步檢測，獲得了道路的路面三維信息和路基信息，構建了道路信息模型。全面的道路信息給道路的養護和管理提供了更有意義的參考價值，為道路的病害識別、質量評價提供了更強大的信息基礎。
[0006]本發明通過以下技術方案來實現:一種基于線結構光和地質雷達的道路綜合檢測方法是一種將線結構光三維測量技術和地質雷達探測技術結合應用于道路檢測的方法。利用線結構光三維測量技術實現道路路面檢測，檢測獲得的路面三維數據構建路面三維模型；同時利用地質雷達探測道路路基的淺層地質構造，獲取路基雷達數據信息。最終實現道路信息模型的構建，完成道路從路面到路基的綜合檢測。
[0007]一種基于線結構光和地質雷達的道路綜合檢測方法包括以下步驟:
[0008](I)車輛行進，編碼測距系統產生觸發采集信號；
[0009](2)數據采集:采集車輛行駛過程中車身運動信息，包括航向角、俯仰角、傾角、三軸角速度和加速度等;記錄車輛行駛距離與時間關系；線結構光三維測量實現對道路路面三維數據采集，地質雷達實現路基雷達數據采集；
[0010](3)數據處理:補償和校正路面三維數據;對地質雷達數據進行后期處理，如降噪等;
[0011](4)數據同步:實現車輛行進方向上路面三維數據和地質雷達數據的同步；
[0012](5)道路信息模型構建。
[0013]所述步驟(2)中，線結構光三維測量實現對道路路面三維數據采集包括以下幾步:
[0014](2.1)對面陣相機和線結構光激光平面進行標定，獲得相機參數(內參-N，外參-Μ)和激光平面的參數(L);
[0015](2.2)線結構光激光器向路面投射線結構光，面陣相機每收到觸發采集信號將拍攝待測路面的結構光條圖像；
[0016](2.3)提取出每張光條圖像中光條上每個像素點的像素坐標(ρ)，利用相機參數和激光平面等參數，根據激光三角法(f)計算出光條上每個像素點對應的空間三維坐標PU，y，z) = f (ρ，N，M)，即路面被照射點的三維坐標。
[0017]上述(2.3)中所述的激光三角法是機器視覺領域的原理性測量方法。
[0018]所述步驟(2)中，車輛行駛過程中車身運動信息是利用的運動位姿傳感器采集。
[0019]所述步驟(3)中，補償和校正路面三維數據是利用車輛行駛距離與時間關系和車身運動信息和對三維路面數據進行補償和校正。原始獲得的路面某一照射點的三維坐標(x，y，z)為每次拍攝時所建世界坐標系下的坐標，x、y、z分別表示該點在路面寬度、長度和深度方向上的分量。在進行路面三維重構時原始三維數據χ、ζ坐標正好對應重構世界坐標系下的Χ、ζ坐標，但是原始三維數據的y坐標并不表示重構世界坐標系下的路長信息，因此需要補償路長信息。可以利用記錄的車輛行駛距離與時間關系(s(t))對三維數據的路長信息進行補償(8)，補償后?1(1，7，2)=8(?，5(1:))。此外，車在行進過程中，相機的位姿不斷變化，為了保證三維路面信息的準確性需要利用車身的傾角(Φ )、角速度(W)和加速度(A)信息進行校正(F)，校正結果P2(x，y，z)=F(Pi, Φ，W，A)。
[0020]所述步驟(5)中構建的道路信息模型是由路面三維模型和路基雷達圖譜模型構建，通過道路信息模型能夠形象、逼真地反應出道路路面和路基情況，為后續的路面病害和路基病害提取，道路質量評價提供有力支撐。
[0021]一種基于線結構光和地質雷達的道路綜合檢測系統由路基檢測模塊、路面檢測模塊、觸發檢測與測距模塊、車身運動信息檢測模塊、數據采集模塊、數據處理與道路模型生成模塊六部分組成，所有模塊一并安裝在檢測車上。路基檢測模塊是通過多通道地質雷達設備實現對道路路基的檢測。路面檢測模塊實現對道路路面三維信息的檢測，包括面陣相機線和線結構光激光器。觸發檢測與測距模塊主要包含為一個光電式旋轉脈沖編碼器，被安裝在車后輪軸上，編碼器產生的觸發脈沖一方面用于生成車輛的行駛距離信息；另一方面用于觸發路基檢測模塊和路面檢測模塊工作，它們在收到觸發脈沖后將分別采集一道地質雷達數據和一幅路面光條圖像。車身運動信息檢測模塊利用車輛運動位姿傳感器實時檢測車體的運動信息，包括車輛的航向角、俯仰角、傾角、三軸角速度和加速度信息。數據采集模塊實現對雷達數據、脈沖編碼器信息、車身運動數據采集。數據處理與模型生成模塊將對采集到的數據進行換算、補償、校正、降噪和同步等運算，得到精確的路面三維數據和路基雷達數據。利用路面三維數據構建逼真的路面三維模型，再融合路基雷達數據生成道路整體信息模型。
[0022]上述路基檢測模塊中的地質雷達是一種基于高頻電磁波用于確定地下介質分布的高精度無損探測設備，由控制單元、發射天線、接收天線和數據采集單元四部分組成。發射天線向地下發射高頻電磁波，接收天線接收由地下介質反射的電磁波，部分地質雷達的發射天線和接收天線合并在一個天線內。地質雷達能夠實現道路地下介質分布情況、道路病害等得探測。
[0023]上述路基檢測模塊中的多通道地質雷達設備，是由多個地質雷達設備單元組成，包括多通道地質雷達天線陣列、多通道主機等。所述多通道地