CN110306414A - 一种路面构造深度检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种路面构造深度检测方法，包括：步骤S1：将激光传感器采样的数据进行滤波预处理，步骤S2：将滤波预处理后的数据进行回归拟合，步骤S3：将高程点与拟合直线的残差值作为最终的高程值，步骤S4：计算路面构造深度。本发明公开的一种路面构造深度检测方法，具有信息度高、稳定性强、精确度高等特点。
Description
技术领域
本发明属于路面构造深度技术领域，具体涉及一种路面构造深度检测方法。
背景技术
基于路面构造深度检测方法，目前国际上存在许多机构和公司从事路面构造深度检测***研发的相关工作。国外研发的检测***较为先进，我国大部分检测***均引进于国外。
目前我国路面构造深度检测方法主要以铺砂法和车载激光检测法为主。其中，铺砂法能够直接获得路面构造深度值，所需设备不多，但由于其需要大量的人力和物力，操作费时费力，可操作性不高，同时受人为因素影响使得检测精度较低。而车载激光检测法是近年来代替铺砂法被广泛使用的检测方法，该方法能够自动化完成构造深度的检测，具有使用方便、可靠性好的特点，广泛应用于高速公路、高等级公路中，但由于大部分仪器均从国外进口，价格成本较大，同时由于其速度和规定太大的限制，不能对我国乡村道路、非机动车道、新建道路、机场跑道、停车场等小型区域及低速限制区域的检测。图像处理法和三位检测是近些年的研究热点，其能够将路面表面纹理特征进行三维立体重现，能够更直观精确地获得路面构造深度，但由于对算法要求较高，受各种环境因素影响较大，实际检测结果的可行性和应用性仍有待验证。
此外，我国目前的检测方法对不同路面结构没有明确的界定，不同路面纹理特征采用不同方法检测结果具有不一致性，同时由于路面的趋势影响以及测量传感器的噪声干扰，需要研究合理的数据处理算法对传感器采集的数据进行精确地去噪来实现高精度的测量结果，因此克服上述缺陷改进。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种路面构造深度检测方法，具有信息度高、稳定性强、精确度高等特点。
为达到以上目的，本发明提供一种路面构造深度检测方法，包括：
步骤S1：将激光传感器采样的数据进行滤波预处理；
步骤S2：将滤波预处理后的数据进行回归拟合；
步骤S3：将高程点与拟合直线的残差值作为最终的高程值；
步骤S4：计算路面构造深度。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述步骤S1具体实施为以下步骤：
步骤S1.1：根据公式计算一个检测单元内的采样点数，其中，n表示一个检测单元内的采样点数，取偶数，B表示每一个所述检测单元的长度，l表示采样点间隔；
步骤S1.2：根据公式计算滤波窗口内的高程点个数，其中，m表示滤波窗口内的高程点个数，取奇数，M表示所述滤波窗口的长度，l表示采样点间隔；
步骤S1.3：根据如下公式对所述高程点进行滤波处理：
其中，表示第k个滤波处理后的高程值，T表示高程点个数，m表示滤波窗口内的高程点个数。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述步骤S2具体实施为以下步骤：
步骤S2.1：假设检测单元内的高程点最优拟合直线为：
其中，i表示第i个高程点，i＝1…n，y表示第i个高程点的回归值；
步骤S2.2：采用最小二乘法对高程点进行线性拟合：
其中，表示n个高程点的平均值，表示第i个滤波处理后的高程值，表示n个滤波处理后的高程值的平均值，即
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述步骤S3具体实施为：
通过拟合回归之后的最优直线，根据公式计算残差值求得最终的高程值，其中，表示第i个高程点的残差。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述步骤S4为计算平均剖面深度，具体实施为：
根据如下公式计算平均剖面深度：
其中，MPDS表示一个检测单元的平均剖面深度；
MPD表示待测路段平均剖面深度；
表示一个检测单元中前一半长度剖面峰值；
表示一个检测单元中后一半长度剖面峰值；
表示一个检测单元中所有高程点的平均值；
N表示检测单元的个数。
本发明还提供一种路面构造深度检测方法，包括：
步骤T1：将激光传感器采样的数据进行滤波预处理；
步骤T2：对每一个检测单元内高程值进行二次曲线拟合；
步骤T3：计算路面构造深度。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述步骤T1具体实施为以下步骤：
步骤T1.1：根据公式计算一个检测单元内的采样点数，其中，n表示一个检测单元内的采样点数，取偶数，B表示每一个所述检测单元的长度，l表示采样点间隔；
步骤T1.2：根据公式计算滤波窗口内的高程点个数，其中，m表示滤波窗口内的高程点个数，取奇数，M表示所述滤波窗口的长度，l表示采样点间隔；
步骤T1.3：根据如下公式对所述高程点进行滤波处理：
其中，表示第k个滤波处理后的高程值，T表示高程点个数，m表示滤波窗口内的高程点个数。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述步骤T2具体实施为以下步骤：
步骤T2.1：对一个检测单元内的高程点进行拟合，假设存在最优二次曲线，设：
f(i)＝a0+a1i+a2i2；
则拟合函数f(i)与滤波处理后的高程值的均方误差为：
步骤T2.2：根据多元函数极值定理得出以下线性方程组：
其中，i表示一个检测单元内第i个高程点，i＝1…N；yi表示一个检测单元内第i个滤波处理后的高程值；a0,a1,a2表示拟合回归系数。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述步骤T3为根据如下公式计算激光测量构造深度：
SMTDS表示一个检测单元的激光测量构造深度值；
SMTD表示待测路段的激光测量构造深度值；
M表示待测路段中检测单元的个数。
附图说明
图1是本发明第一实施例的路面构造深度检测方法流程图。
图2是本发明第二实施例的路面构造深度检测方法流程图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
参见附图的图1，图1是本发明第一实施例的路面构造深度检测方法流程图，图2是本发明第二实施例的路面构造深度检测方法流程图。
在本发明的这个第一、第二实施例中，本领域技术人员注意，本发明所涉及的回归拟合、高程点、高程值、MPD(Mean Profile Depth,平均剖面深度)、SMTD(Sensor MeanTexture Depth,激光测量构造深度)等可被视为现有技术。
第一实施例(平均剖面深度)。
本发明公开了一种路面构造深度检测方法，包括：
步骤S1：将激光传感器采样的数据进行滤波预处理；
步骤S2：将滤波预处理后的数据进行回归拟合；
步骤S3：将高程点与拟合直线的残差值作为最终的高程值；
步骤S4：计算路面构造深度。
值得一提的是，所述步骤S1具体实施为以下步骤：
步骤S1.1：根据公式计算一个检测单元内的采样点数，其中，n表示一个检测单元内的采样点数，取偶数，B表示每一个所述检测单元的长度，l表示采样点间隔；
步骤S1.2：根据公式计算滤波窗口内的高程点个数，其中，m表示滤波窗口内的高程点个数，取奇数，M表示所述滤波窗口的长度，l表示采样点间隔；
步骤S1.3：根据如下公式对所述高程点进行滤波处理：
其中，表示第k个滤波处理后的高程值，T表示高程点个数，m表示滤波窗口内的高程点个数。
进一步的，所述步骤S2具体实施为以下步骤：
步骤S2.1：假设检测单元内的高程点最优拟合直线为：
其中，i表示第i个高程点，i＝1…n，y表示第i个高程点的回归值；
步骤S2.2：采用最小二乘法对高程点进行线性拟合：
其中，表示n个高程点的平均值，表示第i个滤波处理后的高程值，表示n个滤波处理后的高程值的平均值，即
更进一步的是，所述步骤S3具体实施为：
通过拟合回归之后的最优直线，根据公式计算残差值求得最终的高程值，其中，表示第i个高程点的残差。
优选地，所述步骤S4为计算平均剖面深度，具体实施为：
根据如下公式计算平均剖面深度：
其中，MPDS表示一个检测单元的平均剖面深度；
MPD表示待测路段平均剖面深度；
表示一个检测单元中前一半长度剖面峰值；
表示一个检测单元中后一半长度剖面峰值；
表示一个检测单元中所有高程点的平均值；
N表示检测单元的个数。
第二实施例(优选实施例，激光测量构造深度)。
本发明还公开了一种路面构造深度检测方法，包括：
步骤T1：将激光传感器采样的数据进行滤波预处理；
步骤T2：对每一个检测单元内高程值进行二次曲线拟合；
步骤T3：计算路面构造深度。
值得一提的是，所述步骤T1具体实施为以下步骤：
步骤T1.1：根据公式计算一个检测单元内的采样点数，其中，n表示一个检测单元内的采样点数，取偶数，B表示每一个所述检测单元的长度，l表示采样点间隔；
步骤T1.2：根据公式计算滤波窗口内的高程点个数，其中，m表示滤波窗口内的高程点个数，取奇数，M表示所述滤波窗口的长度，l表示采样点间隔；
步骤T1.3：根据如下公式对所述高程点进行滤波处理：
其中，表示第k个滤波处理后的高程值，T表示高程点个数，m表示滤波窗口内的高程点个数。
进一步的是，所述步骤T2具体实施为以下步骤：
步骤T2.1：对一个检测单元内的高程点进行拟合，假设存在最优二次曲线，设：
f(i)＝a0+a1i+a2i2；
则拟合函数f(i)与滤波处理后的高程值的均方误差为：
步骤T2.2：根据多元函数极值定理得出以下线性方程组：
其中，i表示一个检测单元内第i个高程点，i＝1…N；yi表示一个检测单元内第i个滤波处理后的高程值；a0,a1,a2表示拟合回归系数。
优选地，所述步骤T3为根据如下公式计算激光测量构造深度：
SMTDS表示一个检测单元的激光测量构造深度值；
SMTD表示待测路段的激光测量构造深度值；
M表示待测路段中检测单元的个数。
优选地，所述l采样点间隔为1mm。
优选地，所述每一个检测单元的长度B为100mm。
优选地，所述激光传感器的采样方法具体由激光传感器、待测物体、接收器实施，激光传感器、待测物体、接收器三者在空间中位于三个不同的位置从而形成几何三角形，其原理是激光发射器发出一束激光，光束打到待测物体上发生散射和反射，反射后的光束打到接收器上，通过接收器上的光斑位置变化并利用几何数学关系即可计算出待测物体的距离位置。
优选地，所述采样方法根据激光的位置不同又可分为直射式和斜射式两种结构，激光发出的光束与待测物体表面成90度夹角时称为直射式，相反当激光发出的光束与待测物体表面所成角度小于90度时称为斜射式。两种方式的检测原理本质上是一样的，只是在表现形式上有所差异，但两者也具有不同的优缺点，主要有：
从对光束处理角度上：对于斜射式的投射方式，激光在物体表面上不仅发生散射现象同时也会发生反射现象，因此接收器可以接收反射光也可以接收散射光；而直射式的投射方式对于接收器来说只能接收散射的光。因此，直射式对光束的要求较为苛刻。
从测量精度上：由于直射式的方式在结构上更为简单，投射到待测物体上的光斑更小，亮度会更为集中，同时由于位置的特殊性，投射到物体上的光斑能够与待测物体在移动上处于同步对应状态，这样便于距离的计算从而提高测量的精度。
值得一提的是，本发明专利申请涉及的回归拟合、高程点、高程值、MPD(MeanProfile Depth,平均剖面深度)、SMTD(Sensor Mean Texture Depth,激光测量构造深度)等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种路面构造深度检测方法，其特征在于，包括：
步骤S1：将激光传感器采样的数据进行滤波预处理；
步骤S2：将滤波预处理后的数据进行回归拟合；
步骤S3：将高程点与拟合直线的残差值作为最终的高程值；
步骤S4：计算路面构造深度。
2.根据权利要求1所述的一种路面构造深度检测方法，其特征在于，所述步骤S1具体实施为以下步骤：
步骤S1.1：根据公式计算一个检测单元内的采样点数，其中，n表示一个检测单元内的采样点数，取偶数，B表示每一个所述检测单元的长度，l表示采样点间隔；
步骤S1.2：根据公式计算滤波窗口内的高程点个数，其中，m表示滤波窗口内的高程点个数，取奇数，M表示所述滤波窗口的长度，l表示采样点间隔；
步骤S1.3：根据如下公式对所述高程点进行滤波处理：
其中，表示第k个滤波处理后的高程值，T表示高程点个数，m表示滤波窗口内的高程点个数。
3.根据权利要求1所述的一种路面构造深度检测方法，其特征在于，所述步骤S2具体实施为以下步骤：
步骤S2.1：假设检测单元内的高程点最优拟合直线为：
其中，i表示第i个高程点，i＝1…n，y表示第i个高程点的回归值；
步骤S2.2：采用最小二乘法对高程点进行线性拟合：
其中，表示n个高程点的平均值，表示第i个滤波处理后的高程值，表示n个滤波处理后的高程值的平均值，即
4.根据权利要求1所述的一种路面构造深度检测方法，其特征在于，所述步骤S3具体实施为：
通过拟合回归之后的最优直线，根据公式计算残差值求得最终的高程值，其中，表示第i个高程点的残差。
5.根据权利要求1所述的一种路面构造深度检测方法，其特征在于，所述步骤S4为计算平均剖面深度，具体实施为：
根据如下公式计算平均剖面深度：
其中，MPDS表示一个检测单元的平均剖面深度；
MPD表示待测路段平均剖面深度；
表示一个检测单元中前一半长度剖面峰值；
表示一个检测单元中后一半长度剖面峰值；
表示一个检测单元中所有高程点的平均值；
N表示检测单元的个数。
6.一种路面构造深度检测方法，其特征在于，包括：
步骤T1：将激光传感器采样的数据进行滤波预处理；
步骤T2：对每一个检测单元内高程值进行二次曲线拟合；
步骤T3：计算路面构造深度。
7.根据权利要求6所述的一种路面构造深度检测方法，其特征在于，所述步骤T1具体实施为以下步骤：
步骤T1.1：根据公式计算一个检测单元内的采样点数，其中，n表示一个检测单元内的采样点数，取偶数，B表示每一个所述检测单元的长度，l表示采样点间隔；
步骤T1.2：根据公式计算滤波窗口内的高程点个数，其中，m表示滤波窗口内的高程点个数，取奇数，M表示所述滤波窗口的长度，l表示采样点间隔；
步骤T1.3：根据如下公式对所述高程点进行滤波处理：
其中，表示第k个滤波处理后的高程值，T表示高程点个数，m表示滤波窗口内的高程点个数。
8.根据权利要求6所述的一种路面构造深度检测方法，其特征在于，所述步骤T2具体实施为以下步骤：
步骤T2.1：对一个检测单元内的高程点进行拟合，假设存在最优二次曲线，设：
f(i)＝a0+a1i+a2i2；
则拟合函数f(i)与滤波处理后的高程值的均方误差为：
步骤T2.2：根据多元函数极值定理得出以下线性方程组：
其中，i表示一个检测单元内第i个高程点，i＝1…N；yi表示一个检测单元内第i个滤波处理后的高程值；a0,a1,a2表示拟合回归系数。
9.根据权利要求6所述的一种路面构造深度检测方法，其特征在于，所述步骤T3为根据如下公式计算激光测量构造深度：
SMTDS表示一个检测单元的激光测量构造深度值；
SMTD表示待测路段的激光测量构造深度值；
M表示待测路段中检测单元的个数。
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