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基于三维激光扫描技术的路面断板深度检测
资料介绍
针对传统的路面检测方法无法直接获得路面的深度信息,设计了一种基于三维激光扫描技术的路面断板深度检测方法。该方法首先通过三维激光扫描仪得到路面点云数据,其次将路面断板数据沿水平方向分为若干切片,然后对每一断板切片上下平面分别进行拟合,最终根据上下平面之间的距离确定断板的深度。根据实际工程需要,提出了一种基于动态阈值的平面拟合迭代算法,不仅可以有效地识别并去除断板点云数据中的无效点,而且可以在点云数据三个方向都存在误差的情况下实现平面计算。实验结果表明,该方法不仅能得到整个路面断板的深度信息,还能反映出断板深度沿水平方向的变化趋势。
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（完整内容请下载后查看）第
卷第
期
年
月
2
46
2
红外与激光工程
20ꢀ7
Volꢄ46 Noꢄ2
Infrared and Laser Engineering
Febꢄ 20ꢀ7
基于三维激光扫描技术的路面断板深度检测
曹
霆，王卫星，杨 楠，高 婷，王峰萍
(长安大学 信息工程学院，陕西 西安 71ꢁꢁ64)
摘
要：
针对传统的路面检测方法无法直接获得路面的深度信息，设计了一种基于三维激光扫描技术的路
面断板深度检测方法。该方法首先通过三维激光扫描仪得到路面点云数据，其次将路面断板数据沿水平方
向分为若干切片，然后对每一断板切片上下平面分别进行拟合，最终根据上下平面之间的距离确定断板的
深度。根据实际工程需要，提出了一种基于动态阈值的平面拟合迭代算法，不仅可以有效地识别并去除断
板点云数据中的无效点，而且可以在点云数据三个方向都存在误差的情况下实现平面计算。实验结果表
明，该方法不仅能得到整个路面断板的深度信息，还能反映出断板深度沿水平方向的变化趋势。
关键词：
三维激光扫描； 路面断板； 点云数据； 平面拟合
中图分类号： 文献标志码： ：
DOI 1ꢁ.3788/IRLA2ꢁ1746.ꢁ2ꢁ6ꢁꢁ6
TP391
A
Detection method for the depth of pavement broken block in cement
concrete based on 3D laser scanning technology
Cao Ting, Wang Weixing, Yang Nan, Gao Ting, Wang Fengping
(School of Information Engineering, Chang′an University, Xi′an 7ꢀꢂꢂ64, China)
Abstract: Because the depth information of pavement could not be got directly by traditional method of
pavement detection, a detection method for the depth of broken block in pavement based on 3D laser
scanning technology was presentedꢄ The point cloud data of the broken crack can be obtained by a 3D
laser scannerꢄ The crack data can be divided into several slices along the horizontal direction, and the
depth information for each of the slices can be estimated by the distance between the up and down
planes respectivelyꢄ According to the practical engineering, a novel plane fitting iterative algorithm based
on dynamic threshold was proposed, it can not only identify and remove invalid points in the point cloud
data effectively, but also accomplish plane calculation with errors in three directionsꢄ Experiments show
that the proposed method can not only get the depth information of the whole pavement broken block,
but also reflect the change trend of the depth of the broken block along the horizontal directionꢄ
Key words: 3D laser scanning; pavement broken block; point cloud data; plane fitting
收稿日 期：
；
修 订日 期：
2016-06-ꢀꢁ
20ꢀ6-07-2ꢂ
基金项 目：陕 西省 国际合 作重 点项 目
；中 央高校 重点 项目
；长安 大学优 秀博 士论 文资 助项目
(20ꢀ3KWꢂ3)
(CHD2ꢂ13G224ꢀꢂꢀ9)
(3ꢀꢂ824ꢀ5ꢁꢁ11)
作者简 介：曹 霆
，男 ，博士生 ，主要 从事 三维 点云及 图像 处理 方面 的研究 工作 。
Email:wellcaoting@ꢀ63.com
(1988ꢃ)
导师简 介：王 卫星
，男，教授 ，博士 生导 师，主 要从事 图像 处理 ，模式 识别以 及计 算机 视觉 等方面 的研 究工 作。
(ꢀ959ꢃ)
Email:
0206006-ꢀ
红外与激光工程
第
期
第
卷
46
2
光扫描技术的水泥混凝土路面断板深度检测 方法。
该方法通过三维激光扫描得到路面点云数据 ，根据
路面断板的上下平面三维数据，测量和分析出 断板
的 深 度 信 息 。 该 方 法 不 仅 能 得 到 整 个 路 面 断 板 的
深度信息，还能反映出断板深度沿水平方 向的变化
趋势。 相比 其 他 人 工 检 测 方 法 ，文 中 提 出 的 检 测 方
法 具 有 技 术 上 的 先 进 性 ， 无 接 触 三 维 测 量 保 证 了
检 测 的 安 全 性 和 便 捷 性 ，处 理 数 据 的 速 度 快 ，并 能
对 数 据 进 行 保 存 ，以 供 后 期 可 视 化 查 询 和 对 比 ，因
而 该 方 法 在 其 他 工 程 实 践 中 也 会 有 着 广 阔 的 应 用
前景。
引 言
0
随着国民经济的持续发展， 国内的高速公路事
[1]
业也在高速前进 。 公路使用中难免会产生一 定的
消耗和损害，对路面性能产生影响。如果不能及时地
发现并进行养护处理，将会造成较大的病害，从而严
重影响公路运输和行车安全。因此，对水泥混凝土路
面众多病害的有效检测和科学管理具有重要的现实
意义。
在其众多病害中 ，路 面 断 板 是 影 响 水 泥 混 凝 土
道 路 使 用 寿 命 及 路 面 平 整 度 的 重 要 指 标 ， 也 是 对
检 测 路 段 进 行 破 坏 度 评 定 的 标 准 之 一 。 当 水 泥 混
凝 土 路 面 产 生 断 板 后 ，其 它 病 害 也 会 伴 随 发 生 ，如
错台，脱空，裂缝，拱起等。 若不能 及时发现并处理
断 板 ， 路 面 的 病 害 会 更 加 严 重 ， 甚 至 破 碎 ， 从 而 丧
失承载能力。 因此，路面断板的检测一直是研 究的
重点。
路面三维激光数据分析
1
在现实的水泥混凝土路面中， 断板的形状信息
是随机的，几乎不可能是理论上的垂直和水平，都是
些无规则形状。 如图 所示是使用 三 维
1
Leica C10
激 光 扫 描 仪 获 得 一 段 路 面 的 点 云 数 据 ， 在
Visual
平台下显示出来三维效果图。
Studio 2010
国 内 外 已 开 展 了 大 量 关 于 水 泥 混 凝 土 路 面 断
板 检 测 的 研 究 ， 不 仅 涉 及 水 泥 混 凝 土 路 面 断 板 与
[2]
路 面 平 整 度 、 舒 适 性 等 众 多 指 标 间 的 关 系 ， 也 涉
及 断 板 产 生 的 机 理 、分 级 和 治 理 方 法 等 ，但 是 关 于
断 板 检 测 方 法 研 究 还 十 分 有 限 。 传 统 的 人 工 检 测
[3]
方 法 通 常 是 借 助 相 关 仪 器 实 现 手 动 测 量 ，这 种 方
法 不 仅 主 观 性 强 ， 速 度 慢 ， 而 且 危 险 性 高 ， 且 易 受
外 界 影 响 ， 已 经 逐 渐 无 法 满 足 智 能 交 通 管 理 系 统
和 日 益 完 善 的 路 面 质 量 评 价 技 术 发 展 的 需 要 。 目
三维路 面可 视化 效果
(a)
(aꢀ 3D pavement visualization effect
前 ， 现 代 化 的 三 维 路 面 检 测 技 术 正 成 为 路 面 检 测
[4]
发展的方向
。
近年来，三维激 光 扫 描 测 量 技 术 已 经 成 为 研 究
[5-6]
的 热 点
与 传 统 测 量 技 术 相 比 ，该 技 术 能 够 快 速
,
获 取 目 标 物 体 的 三 维 空 间 信 息 ， 真 正 实 现 无 接 触
[7-10]
测 量
。 国 外 对 三 维 激 光 技 术 的 研 究 起 步 较 早 ，
近距离 效果
(bꢀ
(bꢀ Close range effect
路面 点云 数据
技术也比较成熟。 国内引进时间较晚，但是发展 迅
[11-13]
图
1
速，目前已经逐渐应用于多种工程方面
。 然而，
Fig.1 Pavement point cloud data
目 前 针 对 路 面 三 维 检 测 方 法 还 没 有 得 到 广 泛 认
可 ， 因 此 利 用 激 光 扫 描 技 术 对 三 维 检 测 方 法 进 行
深 入 研 究 ，不 仅 有 一 定 理 论 价 值 和 实 际 意 义 ，而 且
对今后的相关研究有指导意义 。
路面断板数据分析
1.1
可以看出， 路面点云数据本质是由海量的点数
据组成。 图 是不同角度的路面断板点云数据，中间
2
灰度较深的部分的代表路面断板信息。
针对目前的问题 ，文 中 提 出 了 一 种 基 于 三 维 激
0206006-2
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