一种基于线结构光和地质雷达的道路综合检测方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及道路信息检测技术，尤其涉及一种基于线结构光和地质雷达的道路综合检测方法及系统。
【背景技术】
[0002]公路交通是交通运输业的重要组成部分，截止到2015年，我国的公路总里程数达至IJ450公里，其中高速公路通车里程达到10.8公里。如此庞大公路交通系统给我国的公路养护和管理提出了巨大的挑战，如何对公路交通网进行更加高效、综合的道路信息检测从而为道路的养护和管理提供更加全面的信息支撑成为摆正各部门面前的难题。
[0003]传统的道路检测以人工或半人工检测为主，通过人眼观察、铺沙或利用连续式平整度仪进行路面信息检测，传统的检测方法效率低下、工作量大、影响正常交通。之后为了提尚检测效率，有人通过米集路面行驶加速度反推路面?目息的方法进行路面检测(中国专利CN102409599)，但这种方法得到的路面信息简单，无法准确反映真实路面情况。激光扫描检测(中国专利CN101487221、CN103605135B等)是近年来被广泛应用到路面检测的方法之一，在行驶的检测车上搭载激光扫描设备，激光器向路面投射激光束，再通过计算发射光和反射光的相位差反推出激光投射点的高程信息；经过一次检测将获得被测路面的点云信息，利用点云数据重构出三维路面。这种方法具有较高的检测精度和检测效率高，可以得到逼真的路面模型。随着光学测量技术发展，光学路面检测方法成为路面检测方法的主流研究方向，利用线结构光路面检测(中国专利CN102706880)能够获得高精度的路面整体三维结构。
[0004]虽然道路检测方法从最初的人工检测到现在高效的激光扫描检测和线结构光检测已经取得了很大的进步，但是这些检测方法只停留在道路的路面检测层面，路面检测和路基检测相结合的道路检测方法较少，即便存在结合检测方法也只是将简单路面摄像与路基检测相结合(中国专利CN203625754);因此现有的道路检测方法只能获取单一的道路信息无法全面获得道路的路面和地下信息，进而无法给道路养护和管理部门提供全面的道路?目息O
【发明内容】
[0005]本发明为了解决现有的道路检测方法获取的道路信息相对单一，检测结果对道路养护参考价值相对有限等问题，提供了一种基于线结构光和地质雷达的道路综合检测方法及系统。本方法和系统将线结构光三维测量和地质雷达地下探测技术相结合，实现了道路路面和路基的同步检测，获得了道路的路面三维信息和路基信息，构建了道路信息模型。全面的道路信息给道路的养护和管理提供了更有意义的参考价值，为道路的病害识别、质量评价提供了更强大的信息基础。
[0006]本发明通过以下技术方案来实现:一种基于线结构光和地质雷达的道路综合检测方法是一种将线结构光三维测量技术和地质雷达探测技术结合应用于道路检测的方法。利用线结构光三维测量技术实现道路路面检测，检测获得的路面三维数据构建路面三维模型；同时利用地质雷达探测道路路基的浅层地质构造，获取路基雷达数据信息。最终实现道路信息模型的构建，完成道路从路面到路基的综合检测。
[0007]一种基于线结构光和地质雷达的道路综合检测方法包括以下步骤:
[0008](I)车辆行进，编码测距系统产生触发采集信号；
[0009](2)数据采集:采集车辆行驶过程中车身运动信息，包括航向角、俯仰角、倾角、三轴角速度和加速度等;记录车辆行驶距离与时间关系；线结构光三维测量实现对道路路面三维数据采集，地质雷达实现路基雷达数据采集；
[0010](3)数据处理:补偿和校正路面三维数据;对地质雷达数据进行后期处理，如降噪等;
[0011](4)数据同步:实现车辆行进方向上路面三维数据和地质雷达数据的同步；
[0012](5)道路信息模型构建。
[0013]所述步骤(2)中，线结构光三维测量实现对道路路面三维数据采集包括以下几步:
[0014](2.1)对面阵相机和线结构光激光平面进行标定，获得相机参数(内参-N，外参-Μ)和激光平面的参数(L);
[0015](2.2)线结构光激光器向路面投射线结构光，面阵相机每收到触发采集信号将拍摄待测路面的结构光条图像；
[0016](2.3)提取出每张光条图像中光条上每个像素点的像素坐标(ρ)，利用相机参数和激光平面等参数，根据激光三角法(f)计算出光条上每个像素点对应的空间三维坐标PU，y，z) = f (ρ，N，M)，即路面被照射点的三维坐标。
[0017]上述(2.3)中所述的激光三角法是机器视觉领域的原理性测量方法。
[0018]所述步骤(2)中，车辆行驶过程中车身运动信息是利用的运动位姿传感器采集。
[0019]所述步骤(3)中，补偿和校正路面三维数据是利用车辆行驶距离与时间关系和车身运动信息和对三维路面数据进行补偿和校正。原始获得的路面某一照射点的三维坐标(x，y，z)为每次拍摄时所建世界坐标系下的坐标，x、y、z分别表示该点在路面宽度、长度和深度方向上的分量。在进行路面三维重构时原始三维数据χ、ζ坐标正好对应重构世界坐标系下的Χ、ζ坐标，但是原始三维数据的y坐标并不表示重构世界坐标系下的路长信息，因此需要补偿路长信息。可以利用记录的车辆行驶距离与时间关系(s(t))对三维数据的路长信息进行补偿(8)，补偿后?1(1，7，2)=8(?，5(1:))。此外，车在行进过程中，相机的位姿不断变化，为了保证三维路面信息的准确性需要利用车身的倾角(Φ )、角速度(W)和加速度(A)信息进行校正(F)，校正结果P2(x，y，z)=F(Pi, Φ，W，A)。
[0020]所述步骤(5)中构建的道路信息模型是由路面三维模型和路基雷达图谱模型构建，通过道路信息模型能够形象、逼真地反应出道路路面和路基情况，为后续的路面病害和路基病害提取，道路质量评价提供有力支撑。
[0021]一种基于线结构光和地质雷达的道路综合检测系统由路基检测模块、路面检测模块、触发检测与测距模块、车身运动信息检测模块、数据采集模块、数据处理与道路模型生成模块六部分组成，所有模块一并安装在检测车上。路基检测模块是通过多通道地质雷达设备实现对道路路基的检测。路面检测模块实现对道路路面三维信息的检测，包括面阵相机线和线结构光激光器。触发检测与测距模块主要包含为一个光电式旋转脉冲编码器，被安装在车后轮轴上，编码器产生的触发脉冲一方面用于生成车辆的行驶距离信息；另一方面用于触发路基检测模块和路面检测模块工作，它们在收到触发脉冲后将分别采集一道地质雷达数据和一幅路面光条图像。车身运动信息检测模块利用车辆运动位姿传感器实时检测车体的运动信息，包括车辆的航向角、俯仰角、倾角、三轴角速度和加速度信息。数据采集模块实现对雷达数据、脉冲编码器信息、车身运动数据采集。数据处理与模型生成模块将对采集到的数据进行换算、补偿、校正、降噪和同步等运算，得到精确的路面三维数据和路基雷达数据。利用路面三维数据构建逼真的路面三维模型，再融合路基雷达数据生成道路整体信息模型。
[0022]上述路基检测模块中的地质雷达是一种基于高频电磁波用于确定地下介质分布的高精度无损探测设备，由控制单元、发射天线、接收天线和数据采集单元四部分组成。发射天线向地下发射高频电磁波，接收天线接收由地下介质反射的电磁波，部分地质雷达的发射天线和接收天线合并在一个天线内。地质雷达能够实现道路地下介质分布情况、道路病害等得探测。
[0023]上述路基检测模块中的多通道地质雷达设备，是由多个地质雷达设备单元组成，包括多通道地质雷达天线阵列、多通道主机等。所述多通道地