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基于近景摄影测量技术的沥青路面纹理实时识别系统

更新时间：2019-12-30 18:13:01 大小：3M 上传用户：songhuahua查看TA发布的资源 标签：近景摄影测量技术 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

为了实时获取沥青路面纹理信息并准确监测服役道路路面的抗滑性能,基于环形三相机近景摄影测量(CRP)技术提出并创建了一个获取沥青路面纹理信息的自动化近景摄影测量(ACRP)系统,实现了沥青路面表面纹理图像自动化采集及三维重建过程.首先对采集的路表纹理图像进行数值化处理;其次,在基于MATLAB与Python联合编程的三维重建模块中重建具有表面纹理的沥青路面三维模型,并提取沥青路面表面高程数据;最后,在三维重建模块中进行路表纹理指标参数的运算,并采用铺砂法、激光扫描法进行沥青路面纹理现场对比试验.结果表明,以平均构造深度与均方根粗糙度(RMSR)为路表纹理统计指标,ACRP系统获得的纹理信息具有较高的准确性与高效性,识别精度接近于0.02 mm.ACRP系统提高了传统近景摄影测量的工作效率和精度,可为后续无人驾驶车辆安全制动提供实时、有效的路表抗滑信息.


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49  
5
期
Vol． 49 No． 5  
Sept． 2019  
第
卷第  
(
)
自 然 科 学 版  
东 南 大 学 学 报  
2019  
9
年
月
JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY ( Natural Science Edition)  
DOI: 10． 3969 /j． issn． 1001 － 0505． 2019． 05． 022  
基于近景摄影测量技术的沥青路面纹理  
实时识别系统  
1
1
1
1
1
1
1，2  
陈嘉颖  
黄晓明  
郑彬双  
赵润民  
刘修宇  
曹青青  
朱晟泽  
1
(
，
东南大学交通学院 南京  
211189)  
2
(
，
上海久事集团有限公司 上海  
200021)  
: ，  
摘要 为了实时获取沥青路面纹理信息并准确监测服役道路路面的抗滑性能 基于环形三相机近  
( CRP)  
景摄影测量  
( ACRP)  
技术提出并创建了一个获取沥青路面纹理信息的自动化近景摄影测量  
，
．
系统 实现了沥青路面表面纹理图像自动化采集及三维重建过程 首先对采集的路表纹理图像进行  
MATLAB Python  
联合编程的三维重建模块中重建具有表面纹理的沥  
;
，
数值化处理 其次 在基于  
与
， ; ，  
青路面三维模型 并提取沥青路面表面高程数据 最后 在三维重建模块中进行路表纹理指标参数  
， 、 ． ，  
的运算 并采用铺砂法 激光扫描法进行沥青路面纹理现场对比试验 结果表明 以平均构造深度与  
( RMSR)  
均方根粗糙度  
，ACRP  
为路表纹理统计指标  
系统获得的纹理信息具有较高的准确性与高  
，
效性 识别精度接近于  
0． 02 mm． ACRP  
，
系统提高了传统近景摄影测量的工作效率和精度 可为后  
、
续无人驾驶车辆安全制动提供实时 有效的路表抗滑信息  
．
: ; ; ; ;  
关键词 抗滑性能 自动化近景摄影测量系统 沥青路面纹理信息 平均构造深度 均方根粗糙度  
: TU528． 1 : A : 1001 － 0505( 2019) 05-0973-08  
文献标志码 文章编号  
中图分类号  
Real-time identification system of asphalt pavement texture  
based on close-range photogrammetry  
1
1
1
Chen Jiaying  
Huang Xiaoming  
Zheng Binshuang  
1
1
1
1 ，2  
Zhao Runmin  
Liu Xiuyu Cao Qingqing Zhu Shengze  
1
(
School of Transportation，Southeast University，Nanjing 211189，China)  
2
(
Shanghai Jiushi ( Group) Co．，Ltd．，Shanghai 200021，China)  
Abstract: To obtain the asphalt pavement texture information in real time and monitor the anti-skid per-  
formance of the road pavement accurately，an automatic close-range photogrammetry system ( ACRP sys-  
tem) was proposed and built based on the three circle-arranged camera close-range photogrammetry  
( CRP) technology． The automatic image acquisition and the three-dimensional( 3D) reconstruction were  
completed using the ACRP system． Firstly，the collected pavement texture images were digitized． Sec-  
ondly，a 3D model of asphalt pavement with surface texture was established in the 3D reconstruction soft-  
ware module based on MATLAB and Python joint programming． The surface elevation data of asphalt  
pavement were extracted． Finally，index parameters of the pavement surface texture were calculated in 3D  
reconstruction software． The sand patch and the laser scanning ( ZGScan) were chosen to collect the on-  
site asphalt pavement texture for comparison． The mean texture depth ( MTD) and the root-mean-square  
roughness ( RMSR) were chosen as the statistical indicators of the pavement surface texture． The results  
show that the texture data obtained by ACRP system have relatively high accuracy and efficiency． The  
recognition accuracy of the ACRP system is close to 0．02 mm，providing real-time and effective anti-skid  
pavement surface information for subsequent safety braking of autonomous vehicles．  
Key words: anti-skid performance; automatic close-range photogrammetry system; asphalt pave-  
ment texture information; mean texture depth; root-mean-square roughness  
: 2018-09-03．  
:
作者简介 陈嘉颖  
( 1993—) ， ， ) ， ， ，huangxm@ seu． edu． cn．  
;
( ，  
男 硕士生 黄晓明 联系人 男 博士 教授 博士生导师  
，
收稿日期  
:
基金项目 国家自然科学基金资助项目  
( 51778139) 、  
江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目  
( KYCX18_0146，SJCX18_0046) ．  
( ) ，2019，49  
东南大学学报 自然科学版  
: ， ， ， ．  
引用本文 陈嘉颖 黄晓明 郑彬双 等 基于近景摄影测量技术的沥青路面纹理实时识别系统  
［J］．  
( 5) : 973 980． DOI: 10． 3969 /j． issn． 1001 － 0505． 2019． 05． 022．  
http: / /journal． seu． edu． cn  
974  
(
东南大学学报 自然科学版  
)
49  
第 卷  
［5 6］  
， ，  
目前 高速公路交通事故频繁发生 主要是沥  
．
( CRP )  
方法 作为数  
等工作  
近景摄影测量方法  
．
青路面抗滑性能不足所造成的 良好的路面抗滑性  
，
字图像逆向重构技术的代表 是通过多角度对路面  
，
能能够为高速行驶的车辆提供充足的摩擦力 保证  
，
待测点进行环绕拍照 经过各图像间数字特征匹配  
、 ．  
车辆行驶过程中的安全性 舒适性 沥青路面抗滑  
，
和点云数据生成来重建路面纹理的三维模型 从三  
，
性能与路面的表面纹理有直接关系 特别是在雨天  
．
维模型中提取沥青路面表面纹理信息 相比其他非  
，
情况下 合理的沥青路面表面纹理能够很好地排出  
， 、  
接触式测量方法 具有减少测试时间 提高测量效  
［7 8］  
．
、 ，  
积水 穿透水膜 从而减少车辆因水漂打滑而发生  
率等优点  
传统的近景摄影测量需要环绕待测  
6 ，  
物拍摄 张以上图像 使得所采集的图像之间有充  
． ，  
事故 因此 对全寿命周期内沥青路面表面纹理进  
［9］  
，
足的重叠区域  
可以为图像间特征点的匹配提  
行定期监测并及时获取沥青路面的抗滑性能具有  
［1 2］  
．
供基础 图像采集的数量决定了近景摄影测量的效  
．
重大意义  
，
率 也决定了摄影的工作量和后期图像处理与三维  
，
现阶段 国内外沥青路面表面纹理的获取方法  
［10］  
［3］  
．
由于每张图像采集时相机的  
．
建模的运算时间  
主要包括接触式测量和非接触式测量两大类  
、 、 ，  
物距 焦距 俯角等参数各不相同 对图像的不同相  
，
接触式测量指利用传统仪器设备进行定点测量 包  
．
机参数进行校正的过程也降低了该方法的效率 为  
( ) 、 ( ) 、  
括铺砂法 体积法 流出仪法 排水法 摆式仪  
、 、  
法 动态旋转式摩擦系数测试仪法 连续式拖车摩  
了进一步提高近景摄影测量获取沥青路面表面纹  
， ［7］  
理的效率 文献 运用基于双相机的近景摄影测  
，
擦系数仪法 以上方法通过仪器读取相关指标或计  
，
量方法采集沥青混合料试件表面纹理 结果表明该  
、
算出构造深度 摩擦系数等参数来间接评价路面表  
，
方法虽然能够提高测量效率 获取试件大部分纹理  
． ，  
面纹理状况 前三者测量原理简单 但只能定点测  
， ．  
信息 但存在不可控的纹理信息损失的情况 因此  
，
， ， ;  
量 受人为因素影响较大 效率较低 后两者能直观  
，
有必要对传统近景摄影测量技术进行改进 在保证  
， ．  
得到摩擦系数 但设备比较昂贵 接触式测量方法  
纹理信息完整性的同时提升纹理重建的精度与  
，
在测试过程中会对测量现场的交通造成影响 如连  
．
效率  
，
续式拖车摩擦系数仪法 由于特定的测试速度和洒  
，
基于此 本文提出基于环形三相机的近景摄影  
，
水的需求 对交通流和测试距离存有一定的限  
［1］  
，
测量方法 通过搭建自动化近景摄影测量平台实现  
．
，
此外 接触式测量方法均无法获得详尽的沥  
制
，
预设相机机位来固定相机参数 将相机参数作为已  
．
青路面宏观纹理和微观纹理数字化信息  
，
知值参与纹理重建工作 从而省略了相机参数的校  
，
基于以上研究的不足 国内外学者对非接触式  
， ; ，  
正过程 提高了效率 此外 引入无影灯光源效应消  
．
测量进行了大量探索和研究 非接触式测量主要包  
， ，  
除阴影 通过对相机间距和俯角的调整 保证三相  
、
括数字灰度图像法 工业  
CT  
、
扫描法 激光测量法  
、
，
机获取的图像完整覆盖沥青路面纹理信息 提高了  
，
近景摄影测量法等 这些方法均涉及路面表面纹理  
，
纹理重建的精度 为无人驾驶车辆行驶过程中实时  
．
三维模型的数字化重构 激光测量法可以直接获取  
、
识别纹理信息 安全制动奠定基础  
．
，
干燥沥青路面表面纹理数字化高程信息 但该方法  
，
不适用于路面潮湿情况的测量 并且激光测试设备  
1
自动化近景摄影系统  
;
3
十分昂贵 其余 种方法均属于计算机数字图像逆  
2D 3D  
模
、
近景摄影测量可以分为近景摄影 图像处理和  
，
向重构技术的范畴 需要将  
图像转换为  
［10］  
．
三维重建三大过程  
图像采集完成后需要对图  
， ，  
型 从而获得纹理高程信息 精确的数字化纹理信  
、
像进行一系列处理 运算来完成三维重建工作  
．
息能够为沥青路面表面纹理参数的提取提供数据  
1． 1  
近景摄影测量基本原理  
． ，  
支持 其中 数字灰度图像法利用相机垂直采集沥  
，
近景摄影测量实质是基于双目立体视觉技术  
，
青路面二维灰度图像 图像各像素灰度值能够反映  
将摄像机在不同时刻或不同位置下获得同一目标  
，
实际路面的凹凸情况 基于该原理将灰度值转换为  
，
的带有时间序列的图像 通过分析图像序列的几何  
，
表面纹理高程信息 通过三维重构获得路面三维模  
［4］  
，
约束关系解算出目标表面三维坐标信息 从而重建  
，
、
型
但该方法的数据精度受到光照条件 路面颜  
CT CT  
技
， 1  
目标三维模型 其原理如图 所示  
．
、
．
色 纹理均匀性的影响 工业  
扫描法通过  
O-xyz  
设初始时刻相机位于世界坐标系  
的原  
术可以获取较高精度的沥青路面集料和纹理三维  
，
点处 其所采集图像的坐标系为  
O -X Y ，  
相机有  
1
，
数字化信息 但该测试方式只能在室内对试件进行  
1
1
f ; 2  
效焦距为 时刻 相机坐标系为  
1
O -x y z ，  
图像  
r
，
扫描 需要提前完成沥青路面试件制备或钻孔取芯  
r
r r  
http: / /journal． seu． edu． cn  

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