基于三维点云的沥青路面平均构造深度计算方法

摘要

沥青路面的抗滑性能对行车安全具有重大影响，路面平均构造深度（MTD）是评判路面抗滑性能的关键指标。传统点激光测量MTD方法只测量行车轮迹带的构造深度，无法真实反应全路面的构造深度状态。本课题提出了基于三维点云的构造深度计算方法，实现了沥青路面构造提取、三维重构及MTD计算，并在实际道路进行了实验验证。本文的主要研究内容如下： （1）分析了不同三维测量的优缺点，研究了线结构光扫描三维测量原理，总结了结构光三维测量技术的特点。使用线扫描三维系统采集沥青路面三维数据，分析了路面数据的组成成分，针对路面三维点云数据特征，提出了基于小波变换的断面数据处理方法，实现了路面宏观纹理三维点云的获取。 （2）通过获取路面全幅面三维点云数据，基于三维点云重构路面三维，从而可以测量全路幅平均构造深度。采用逐点插入三角网格构建法重构了沥青路面三维宏观构造模型，分析了宏观构造数据的拓扑关系，提出了基于三维宏观构造模型分离带状宏观纹理数据的方法，建立了面状纹理点云的构造深度计算模型，实现了面状平均构造深度的计算。 （3）分析了实际行车测量环境对构造深度测量的影响，进行了不同速度和纹理类型的实验，实验表明，算法重复性91%以上；与点激光测量的SMTD相比，MTD相关性系数高于90%，具有实际工程应用价值。最后分析了MTD测量误差的因素，并从覆盖点云百分比参数设置方面给出了改进方案，提高测量的准确度。 本论文研究了基于三维点云的平均构造深度计算方法，计算的结果能客观评定路面的安全状况，可同时满足高效、高精度、全路幅的测量要求，较好的解决了传统点激光测量方法以点代面导致的分析片面问题。该方法对沥青路面行车安全评估以及养护决策方面具有更加实用的价值和良好的应用前景。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容及章节安排

1.3.1 研究内容

1.3.2 章节安排

第2章 沥青路面三维点云数据的获取

2.1三维测量方法

2.1.1 激光雷达法

2.1.2 多目视觉法

2.1.3 线结构光法

2.2线扫描三维测量系统

2.2.1 三角测量原理

2.2.2 线扫描测量系统

2.2.3 系统标定

2.3路面三维点云数据获取

2.4本章小结

第3章 路面纹理信息的提取与三维重构

3.1路面三维点云数据分析

3.1.1 横断面点云分析

3.1.2 三维点云误差分析

3.2路面横断面纹理提取

3.2.1 点云数据预处理

3.2.2 基于小波变换的横断面纹理粗分割

3.2.3 横断面纹理提取

3.3路面宏观纹理三维重构

3.3.1 三角网构建方法

3.3.2 路面构造深度3D模型

3.4本章小结

第4章 路面宏观纹理MTD计算方法

4.1传统计算方法

4.2路面宏观纹理数据分析

4.3沥青路面宏观纹理的MTD计算

4.3.1 基于三角网格的构造深度体积计算

4.3.2 MTD值的获取

4.4本章小结

第5章 实验与分析

5.1实验环境

5.2 沥青路面纹理测量适应性实验

5.2.1 不同粗细纹理

5.2.2 重复性实验

5.2.3 不同速度实验

5.3沥青路面纹理测量对比实验

5.4实验分析

5.4.1 实验环境因素分析

5.4.2 误差分析

5.5本章小结

第6章 总结与展望

6.1研究总结

6.2研究展望

参考文献

致谢

附录