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《长安大学》 2010年
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激光路面三维检测专用车技术与理论研究

王建锋  
【摘要】:近年来,我国高速公路建设迅猛发展,随着公路里程尤其是高速公路里程的不断增加,公路建成后养护和管理的工作量也在迅速增加,这就对公路的检测水平提出了较高的要求。而传统的检测方法检测时间长、劳动强度大、检测速度低,通常只能完成单个指标的检测,即使能够检测多个指标也只是独立检测,不能分析各指标间的相互关系。因此对公路路面质量进行快速检测,从而获得精确、完整、高效的检测数据,为公路养护和管理提供依据是公路检测的发展方向。所以对先进、高效的公路检测设备的开发就显的尤为重要。 本文建立了路面形状的三维坐标,通过分析得知路面三维形状能够表示为路面横断面和纵断面的叠加。在路面坐标的基础上建立了路面的三维重建模型,通过分析得出只要检测出路面的横断面和至少两条纵断面就能够完成路面的三维重建。 建立了路面三维检测的误差模型,并分析了车辆的垂直振动、俯仰振动、横摆振动和激光束个数的多少对检测精度的影响。得出结论:垂直振动在断面检测结果中加进去一个常数项,而俯仰和横摆振动对检测结果影响较大,在激光束个数较少或振动较明显时检测结果是不可信的。通过对误差分析提出了路面三维检测的校正方法,采用此方法可以使路面的检测精度大幅提高。 在路面纵断面检测中,为了实现路面纵断面的全波段检测,提出了采用小波长和大波长检测方法,通过信息融合处理技术,实现了路面纵断面的全波段检测。在纵断面小波长检测中分析了基于惯性基准的纵断面检测方法的局限性,建立了惯性基准纵断面检测的误差模型。采用自适应卡尔曼滤波和基于加速度的频率、时域混合积分的动位移精确测量方法,实现了路面纵断面小波长的精确检测。 为了解决惯性基准纵断面检测中受检测速度限制的问题,运用基于基准传递原理的非惯性纵断面检测理论,并采用基于阵列信号处理和小波降噪的方法实现了任意速度下的纵断面小波长检测。 在路面纵断面大波长检测中采用GPS高程数据和姿态仪高程数据融合的方法,实现了大波长的精确检测。 在横断面检测中,提出基于对称式多准直激光的横断面检测方法。通过对多路传感器横断面检测原理的误差分析,建立了路面横断面检测的误差模型。得出结论:横断面的检测误差主要包括采样点不重合引起的随机误差和传感器精度有限引起的系统误差。并提出了对称式线激光的横断面检测技术,采用该技术实现了路面横断面的精确检测。 把检测得到的轮迹附近的两条路面纵断面和经过线性校准后的多个横断面,以及路面的里程映射到一个统一的三维坐标中,采用基于Catmull Rom插值和非均匀B样条曲面拟合方法以及路面图像纹理的映射技术实现了路面的三维重建,并建立了数据库把重建的三维路面和具体的数据库信息联系起来,从这个数据库中不但可以知道任意里程处的车辙深度、国际平整度指数和路面纹理等单项指标,而且还可以直观的评价路面的整体质量,同时可以看出各个单项指标之间的相关性,真正实现了路面的三维检测。 运用以上检测技术开发了相应的检测专用车,完成了检测车的改装设计和检测车检测系统的硬件、软件设计。通过此检测专用车实现了路面三维形状的快速检测。
【学位授予单位】:

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