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原文传递基于车载激光测量系统的道路状况快速检测关键技术研究

论文题名：	基于车载激光测量系统的道路状况快速检测关键技术研究
关键词：	车载激光测量系统;道路状况;快速检测;惯性导航;多传感器
摘要：	在战时或受灾情况下，军用车辆等大型车辆的转移需要先导车辆对预转移路线上的道路几何信息及路面技术状况进行简单快速的勘测，判别是否支持大型车辆通过。目前，道路几何参数以及技术状况指标的获取依赖多种道路检测设备和复杂检测过程，缺少统一的检测平台及系统。而车载移动激光测量系统集成了激光雷达、惯性导航设备、全球卫星定位系统等传感器，可以快速采集道路及周边环境的三维实景点云数据，为道路几何特征及路面技术状况自动化检测提供了一种技术手段。本文针对车载激光测量系统的多传感器数据用于道路几何特征检测及路面技术状况检测的关键技术进行了研究，形成了“系统搭建—场景地图重建—几何特征检测—技术状况检测”的综合工作流程。主要研究内容如下：　　本文以激光雷达、组合导航、差分定位作为移动激光测量系统的核心配置。针对激光雷达移动测量产生的运动畸变问题，利用惯性导航位姿数据进行修正以提高点云精度；随后根据多传感器数据融合原理，将多传感器标定后转换至统一坐标系框架下，分别在室内室外两种环境下构建了测量场景的三维点云地图。　　其次，利用车辆轨迹数据和点云数据设计了提取道路可行驶区域、平纵线形和竖向净空的几何参数的方法，具体步骤为：（1）针对点云的高密度、离散分布的特点，建立一种线性索引的结构便于对海量点云数据的快速查询；（2）利用分段平面拟合的方法进行地面点云的初步提取，提出平均高程、平滑度、相邻距离三种道路边界特征指标用于道路边界点的探测，然后利用RANSAC（RandomSampleConsensus）方法拟合边界曲线并加入卡尔曼滤波器降低测量值的波动情况，得到道路边界的拟合结果；（3）在道路边界范围内对路面上方物体进行超体素聚类分割并计算至地面高度，获得路面竖向净空值；（4）基于惯性导航提供的车辆轨迹数据提取道路几何线形，分别将轨迹点投影至xOy平面和yOz平面，拟合轨迹散点并计算道路曲率、半径和纵坡。　　最后，基于车载激光测量系统多传感器数据,提出了路面破损类病害、路面平整度和车辙深度的路面技术状况指标检测的系列方法。具体步骤为：（1）基于点云数据提出了两种路面破损检测策略，分别是基于高程特征检测坑槽类破损和基于曲面重建实现路面破损类检测；（2）根据车辆纵向加速度随路面不平度而波动特点建立路面不平度的评价方法，通过计算数据的均方差指标以表征路面不平度；（3）提出了基于轮迹线横断面点云信息检测路面车辙深度的方法，利用虚拟直尺法在道路横断面上计算轮迹带处车辙深度。　　本文针对车载激光测量系统用于道路几何参数及路面技术状况指标的快速测量开展了研究，形成了一套综合检测流程。为道路检测工作提供了一种综合性的检测技术手段，可以快速得到目标道路中影响车辆通行的相关参数。
作者：	杨嘉晖
专业：	交通运输工程
导师：	杨顺新;徐一岗
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2022