基于点云的路面建模技术研究

【摘要】：我国近年来经济飞速发展,这使得我国国民各项基础设施更为齐全,尤其是公路建设。我国公路已经达到了很高的覆盖度,未来的工作重点将是对已建成道路的维护,维护的第一项任务即为道路检测。目前传统的路面二维测量技术测量效率低、精度差难以适应经济发展。相对于传统检测方法,激光扫描测量技术具有直接快速获取高精度的空间坐标信息的特点,成为近几年研究的热门领域。将激光传感器装载到车体上形成的车载移动测量系统,其具有获取数据快速、准确的特点,被广泛应用在地表及建筑物等三维信息的获取方面。将其应用在道路检测方面与传统检测方法相比具有速度快、安全、可靠且可以进行路面二次可视化等优势。如果能将车载移动测量技术应用到道路路面的检测将会大大提高路面维护效率,因此此项应用具有很好的前景。基于上述情况,本论文研究了利用车载激光传感器获取公路路面点云进行在线的和离线的路面三维重建和路面参数检测的相关技术。本文所使用的车载系统主要硬件包括激光和灰度相机以及一台高配服务器。本文详细介绍了系统工作原理及其数据获取方法并根据传感器获取的实际数据构建了三维路面模型。本文首先研究了针对采集的点云数据的预处理,使用三次样条插值进行了数据的补全,对比了基于扫描线的角度-弦高点云简化算法,针对算法数据简化后特征不突出的问题,使用了随机抽样一致性算法进行点云简化,能够很好的保留路面特征。然后分析不规则三角网格的建模算法,对基于三角形生长思想的自适应分块的不规则三角网算法和基于分治思想的算法进行了对比,并应用与路面建模。同时,针对规则网格的层次细节算法进行了深入研究,对比基于四叉树的层次细节算法和基于二元三角树的分块ROAM算法,对分块ROAM算法进行改进,改进后算法能够很好的进行路面三维建模。另外还研究了Open GL成像原理、多线程技术、内存映射技术以及大数据量的调度等问题。在以上理论研究的基础上开发了路面三维交互可视化系统,系统包括两个模块在线模块和离线路面三维漫游模块,利用C++语言编程实现了系统各模块功能。工程应用表明,在线模块能够采集海量路面数据,并能通过模型实时监控数据采集的正确性,离线三维路面可视化能对采集的数据进行按照不同参数要求的三维模型浏览及进行基本测量工作。