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原文传递基于三维点云的路面跳车检测方法研究

论文题名：	基于三维点云的路面跳车检测方法研究
关键词：	路面跳车检测;三维点云;病害识别;沥青路面
摘要：	路面跳车是由路面异常突起或沉陷等损坏引起的车辆突然颠簸，会降低行车舒适性，危及行车安全，加速路面损坏，导致道路运营维护成本提高。当前采用测量路面特定纵断面进行分段高程对比的检测方法，对不在测量纵断面上出现的跳车则无法检测，其结果不能全面反映路面真实跳车情况，难以有效指导路面养护。针对上述问题，本论文提出基于路面三维点云的跳车检测方法，在路面三维测量、变形病害检测和跳车检测三方面展开研究。　　（1）针对路面高精度高可靠性三维点云测量困难的问题，对比分析了激光雷达、摄影测量和线结构光测量方法的原理和测量数据特点，选择了基于线结构光的路面三维点云测量技术，并设计了剔除线结构光三维点云异常值且不损失路面变形损坏纹理信息的异常数据处理方法。为了降低路面无关纹理对变形损坏和路面跳车检测的影响，提出了基于纹理特征的轮廓分离方法，利用高斯滤波器过滤点云中无关纹理信息，构建路面三维变形损坏轮廓模型，为路面变形损坏检测提供数据基础。　　（2）针对三维数据下路面变形损坏动态检测准确性低问题，提出一种基于融合特征的路面变形损坏检测方法。根据线结构光点云的逐断面采集姿态一致性和断面病害高差特征，基于路面三维变形损坏轮廓定位断面上变形损坏位置，逐断面处理定位病害位置和计算断面病害深度。针对行车方向上边缘检测不完整问题，提出自适应SUSAN算法检测算法，先降采样变形损坏模型增强变形损坏轮廓边缘特征，从全局角度获取病害边缘轮廓。融合断面高差特征和全局边缘特征定位变形损坏集，输出路面存在的变形损坏病害位置和几何属性信息。　　（3）针对单一纵断面的高差无法反映路面跳车情况，提出一种基于最大跳车值决策的路面跳车计算方法。为全面检测不同尺度的路面变形损坏导致的路面跳车，分变形损坏病害区域和轮迹区域进行检测。基于变形损坏病害位置和几何属性信息，形成路面跳车预评估表，计算路面变形损坏病害处最大高差值，可精准计算小尺度路面变形损坏处高差；根据路面轮迹区域处高程计算轮迹处最大高差值，可整体计算大尺度路面变形损坏纵断面高差。为反映最大程度的路面跳车，建立最大高差决策的评估策略，对病害最大高差值和轮迹区域最大高差值优选评估，以评估得到的最大高差值作为路面跳车值和跳车程度评估标准的输入，输出路面跳车程度和位置信息，为路面跳车病害养护提供数据支持。　　最后，利用采集自真实的城市沥青路面和水泥混凝土路面的三维点云数据，对基于融合特征的路面变形损坏检测算法和基于最大高差决策的路面跳车计算方法进行实验验证。使用召回率、查准率和F-measure指标，验证基于融合特征的路面变形损坏检测算法的准确性，对于4种典型变形损坏病害的综合查准率为91.76%，召回率为92.20%和F-measure为91.98%。对基于最大高差决策的路面跳车计算方法进行重复性、相关性验证，实验结果显示本文方法与人工检测病害跳车值相关性为99.80%，满足相关规范95%的要求；比单纵断面跳车检测值与人工病害检测跳车值相关性78.45%，高出21.37%。验证了本文路面跳车计算结果的可行性，以及与人工测量结果的相关程度，明确了本文算法的实际应用性。
作者：	陶健
专业：	控制理论与控制工程
导师：	张德津
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖北工业大学
学位年度：	2022