[發(fā)明專利]融合無人機(jī)LiDAR和高分影像的路面平整度監(jiān)測方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710257172.0
• 申請(qǐng)日: 2017-04-19
• 公開（公告）號(hào): CN107092020B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張顯峰;高仁強(qiáng);孫權(quán)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S17/88
• 分類號(hào): G01S17/88;G01S17/02;G01C11/00;G01C11/04
• 代理公司: 北京萬象新悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11360
• 代理人: 黃鳳茹

本發(fā)明公布了一種融合無人機(jī)LiDAR和高分辨率遙感影像的公路路面平整度監(jiān)測方法，包括：對(duì)無人機(jī)獲取的LiDAR點(diǎn)云和高分影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；將高分影像的光譜特征與點(diǎn)云數(shù)據(jù)的多尺度幾何特征進(jìn)行融合構(gòu)建有效特征變量集，從而實(shí)現(xiàn)路面點(diǎn)云與非路面點(diǎn)云的優(yōu)化分類；進(jìn)一步利用濾波分析得到較精確的路面點(diǎn)云數(shù)據(jù)；構(gòu)建精細(xì)路面表面模型；采用IRI指數(shù)計(jì)算得到路面平整度。本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有路面平整度監(jiān)測方法效率低下、自動(dòng)化程度低，不適于大范圍全路段監(jiān)測，只能獲得極少數(shù)的道路縱剖面信息，無法全面反映路表面三維結(jié)構(gòu)信息等缺陷；實(shí)用性強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于城市道路及其他低等級(jí)道路的平整度監(jiān)測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及公路路面平整度遙感監(jiān)測技術(shù)，是利用無人機(jī)激光雷達(dá)(LightDetection And Ranging,LiDAR)和高分辨率遙感技術(shù)針對(duì)公路路面進(jìn)行大范圍、高效率、低成本的路面平 整度監(jiān)測與評(píng)估。

背景技術(shù)

機(jī)載激光雷達(dá)(Airborne LiDAR)是一種主動(dòng)式對(duì)地觀測系統(tǒng)，集全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、慣 性導(dǎo)航、激光測距及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)于一身，能夠直接獲取高精度、高分辨率的數(shù)字地面模 型以及地物的三維空間信息，具有傳統(tǒng)攝影測量方法無法取代的優(yōu)越性，并在地形測繪、道 路勘測設(shè)計(jì)、植被參數(shù)反演、災(zāi)害監(jiān)測、城市規(guī)劃及三維建模等領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用。 公路作為一種現(xiàn)代化的運(yùn)輸通道在社會(huì)經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著越來越重要的作用，對(duì)沿線的物流、資 源開發(fā)、招商引資、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、橫向經(jīng)濟(jì)聯(lián)合等起到積極推動(dòng)作用，因而其質(zhì)量好壞直 接影響到地區(qū)和國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。文獻(xiàn)[1](Sun L,Zhang Z M,RuthJ.Modeling indirect statistics of surface roughness[J].Journal OfTransportation Engineering-ASCE,2001,127(2):105-111)中， 1960年美國國家公路與交通運(yùn)輸行政聯(lián)合會(huì)開展的道路試驗(yàn)表明：約95％的路面服務(wù)性能取 決于道路表面的平整度。路面平整度作為評(píng)價(jià)路面質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，也是執(zhí)行公路路面 養(yǎng)護(hù)管理的重要決策依據(jù)。據(jù)《2015年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》統(tǒng)計(jì)，2015年中國公路 總里程達(dá)到457.73萬公里，公路養(yǎng)護(hù)里程446.56萬公里，占公路總里程97.6％，且呈逐年快速 增長趨勢。隨著我國公路建設(shè)的飛速發(fā)展，如何實(shí)現(xiàn)大范圍、高效率、低成本的公路路面健 康狀況監(jiān)測就成為一個(gè)亟待解決的問題。

平整度監(jiān)測是常用的公路路面健康狀況監(jiān)測與評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一。平整度評(píng)價(jià)指標(biāo)的 測量有3米直尺測定最大間隙(h)、國際平整度指數(shù)(International RoughnessIndex,IRI)、行 使質(zhì)量指數(shù)(Running Quality Index,RQI)、顛簸累積值(BumpCumulative Value,VBI)、平整 度標(biāo)準(zhǔn)差(σ)、功率譜密度(Power Spectral Density,PSD)等。現(xiàn)有傳統(tǒng)的路面平整度監(jiān)測 方法有：3m直尺、連續(xù)式平整度儀、手推式斷面儀、車載式顛簸累積儀以及近年出現(xiàn)的激光 平整度檢測儀(包括集成激光平整度儀的道路檢測車)，其各自的特點(diǎn)概括于表1。這些方法 的共性之一就是只能依靠地面測量獲得為數(shù)很少的道路縱剖面信息，對(duì)道路平整度的描述也 較粗略，而且無法快速獲取道路表面的三維幾何信息，使得管理部門對(duì)道路整體狀況的了解 非常有限。

表1.常用的路面平整度監(jiān)測方法