移动测量技术在公路检测中的应用

5. 沿线设施（TCI）检测技术
公路沿线设施种类繁多，采用的测量技术依据测量的目的而不同； 防护设施、交通标志、隔离栅等安全设施具有三维可测量特性，其测量精
度一般要求厘米级，可以采用激光雷达测量技术进行三维点云测量。
5. 沿线设施（TCI）检测技术
➢基于激光点云+全景的技术快速测量
9.78m
特点： 单点测量；测量速度：3-5km/h； 采样间隔：10-20m； 日工作量：30-50KM；使用安全性差。
3. 国内外技术现状
➢ 落锤式弯沉仪
特点： 单点测量；测量速度：2-3km/h； 采样间隔：50-100m； 日工作量：10-20KM；使用 安全性差；作业人工劳动强度大。
3. 国内外技术现状
➢路面不平度=激光测量数值-车体 的颠簸
➢平整度=∑路面不平度
路面平整度测量技术一般采用激光测距机与加速度计组成测量单元测量左右 轮迹带平整度数据。测距机测量到地面的实际距离，加速度计通过二次积分 消除车辆姿态的影响。一次测量能计算两个指标，可以以最小20m间隔输出 IRI值。
5. 沿线设施（TCI）检测技术
3. 移动测量的关键技术之—存储管理
➢ 海量数据的存储管理
移动测量的各个传感器，特别是图像传感器和激光扫描传感器，获取 的影像数据和点云数据是海量的。
3. 移动测量的关键技术之—智能解译
➢ 自动化、智能化数据处理
主要包括影像的自动分类、地物目标的识别；点云的自动分类、识别 与三维建模等。
公路路面综合检测技术
线扫描相机 车轮编码器 数据工作站 红外激光器
4. 路面破损（PCI）检测技术
基于线扫描采集技术的 路面破损检测方法
利用两台线扫描相机结合 两台大功率激光器，采用 成对角照明的技术，在裂 缝处制造阴影，突出裂缝 类病害的可视化特征
基于面阵相机采集技术的 路面破损检测方法
采用两台面阵CCD 相机结合两台大功 率高频LED闪光灯， 能获取高质量路面 图像
1. 移动测量的定义
➢ 狭义移动测量
狭义的移动测量主要是指车载式移动测量技术，主要有基于近景摄影 测量技术的车载立体摄影测量、基于激光扫描技术的车载三维激光测量以 及基于全景摄影技术的车载全景采集等。
2. 移动测量的特点与挑战
特点
动态性
传感器在运动中完成对目
标的观测 x, y, z,, , f t
• 断面仪中测距机垂直 路面，由于安装在车 身，检测幅宽一般不 超过3.2m，
• 断面仪横向采样间距 超过50mm，
• 由于载车行驶中会发 生姿态的变化，车辙 值会受姿态影响
4.平整度指标（RDI）检测技术
40 km/h
➢激光测量数值=车体的颠簸+路面 不平度
➢车体的颠簸=加速度计对时间的二 次积分
4. 路面病害自动识别技术
➢基于灰度图像的路面裂缝识别结果
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
4. 高精度路面三维测量技术
高程信息是公路路面所有病害都具备的共同特征。通过获取路面高 精度三维数据，研究合适和数据处理算法，可以一次性获取多种类 型的路面技术状况指标。
要实现路面多指标测量，需要达到路面指标测量精度要求，变形类 病害测量要求最高，需要达到0.3mm精度要求。
15~90km/h 60km/h 0.01mm >0.95 >0.9 1ms 0.1m 0~45℃
指标
3. 国内外技术现状
➢ 贝克曼梁
特点： 单点测量；测量速度：2-3km/h； 采样间隔：50-100m； 日工作量：10-20KM；使用 安全性差；作业人工劳动强度大。
3. 国内外技术现状
➢ 车载式弯沉仪
智能 综合 检测 技术
固定周期养护
快速、无损、非接触 智能路面综合检测
预防性科学养 护管理
高效、节约
低效、浪费
推动公路养护管理模式变革
路面智能综合检测技术是路面检测的最有效途径！
2. 国内路面快速检测设备
01. 前方景观相机
Scene Camera
02. GPS天线
GPS Antenna
03. 路面相机
水害与冻害具备温度特性，可以采用红外热成像技术进行测量。
空洞 有水 有水
2. 隧道高分辨率影像采集技术
采用多台高分辨率CCD相机获取隧道内壁影像，0.2mm分辨 率；
采用高亮度LED照明，能够达到1/8000秒曝光； 采用 分辨能力0.1mm，100万点、200转/秒的激光，可以检
查出隧道表面细微的段差，测量出隧道检查所需要的高精 度3D形状。
平整度（纵断面）、车辙（横断面）、裂缝破损、摩擦系数以及沿线 设施状况等。
车载路面快速检测与测量系统
主控与集成定位控制系统
平整度测 量系统
车辙测量 系统
纹理深度 测量系统
路面病害 检测系统
沿线设施 检测系统
激光三维 测量系统
数据处理与管理信息系统
4. 路面破损（PCI）检测技术
➢路面病害检测系统构成
1. 技术背景
传统检测方法的现状与困难
现状 困难
传统的路面检测与评价主要是利用简易测绘工具、人工徒步检查 效率低、危险、干扰正常交通、人为因素大、数据质量难以保证
传统路面检测方法已经无法满足目前道路检测需求！
1. 技术背景
传统 人工 检测 模式
简易测绘工具 人工步行作业 手工数据处理
多传感器集成 车载移动测量 机器智能处理
4. 高精度路面三维测量技术
➢路面不同病害典型三维数据特征
横向 裂缝
车辙
块裂
路面 纹理
伸缩 缝
松散
坑槽
井盖
4. 基于深度图的路面病害自动识别技术
基于深度图像的路面病害处理
5. 车辙指标（RQI）检测技术
线 结 构 光 测 量 线结构光车辙测量技术采用激 方 光三角测量原理由面阵相机结 法 合线激光器来组成测量单元。
4. 路面病害自动识别技术
基于灰度图像的裂缝检测，可以对采集的数据进行分类，把数据分为无病 害、可能有病害两类。确保无病害的数据确实没有病害，人工只需要判读 可能有病害的数据，较小工作量，提高效率。
路面图像
分类
识别
路面图像分类
识别
路面病害识别
裂缝、修补、 坑槽、油渍
无病害图像 病害图像
病害详 细信息
贝克曼梁 车载式弯沉仪 落锤式弯沉仪
➢ 弯沉测量的作用
路面弯沉检测与分析是路面承载力评价的基础，是路面使用性能评定的重要组成 部分，它不仅对检验和控制工程质量至关重要，而且决定路网养护决策的科学化 水平，直接影响养护资金分配和旧路改造设计的合理性。
2. 性能指标
性能 测量运行速度 最佳运行速度 弯沉测量分辨率 重复性 相关性 时间分辨率 空间分辨率 设备工作温度
Pavement Camera
04. 红外激光发生器
Laser light
05. 工程指示灯
Working Monitor
06. 车辙相机 RUT
07. 车轮编码器 DMI
08. 平整度测距机 IRI
09. 导航仪 Navigation
10. 触发面板 Pad
3. 公路路面检测指标
➢ 路面主要检测指标
面阵相机和激光器成一定的夹 角进行测量
相机拍摄到的激光线 图像反映路面车辙的
形状
断
面
仪
测
量
方 断面仪车辙测量技术由一排一
通过断面的高程值，匹
法
定数量的测距机组成测量单元， 配车辙模型计算即可得
同时采集特定断面的多个点的
到断面车辙
高程数据形成断面计算车辙
从提片中提出激光线，结合预先 标定的相方物方坐标关系将激光 线像素点的坐标换算成实际的物 方坐标，然后匹配其中车辙模型 进行计算即可得到车辙
标准弯沉计算
路表温度 ... 历史温度
S
路面弯沉
路面结构 ... 压力修正
S' 标准弯沉
公路隧道快速检测技术
1. 隧道综合检测技术
隧道常见病害有水害（渗漏水、积水）、冻害、衬砌裂损（变形、开裂和 错台）、衬砌侵蚀等；
衬砌裂损类病害具备三维可测量特征，可以采用高精度路面三维测量技术 进行测量；
多源性
需要多个不同种类与特性 的传感器同步观测
海量性
传感器在观测过程中记录 海量的数据
自动化
海量数据处理需要自动化、 智能化的解译算法
问题
时空基准 同步控制 存储管理 智能解译
3. 移动测量的关键技术之—时空基准
➢ WGS84大地坐标系作为移动对地观测系统空间基准，通常采用大地纬
度(B)、大地经度(L)和大地高(H)表达。
移动测量关键技术简介
1. 移动测量的定义
➢ 广义移动测量
移动测量是指传感器在运动（移动）中对目标进行定性和定量的观测、 测量以及数据记录等活动。与传统的静态测量的重要区别在于，用于观测 的传感器与被测目标之间是存在相对运动关系。
根据上述定义，移动测量在测绘领域中涵括了星载、机载、车载、船 载以及背负式等多种载体平台的移动测量技术。
有效信号
5. 路面弯沉值计算
路面变形速度计算
速度传感器
角速度传感器
D1 D2 D3
水平速度V D4
有效信号
R1 R2
D1 D2
D4 D4
k11 k21
*G *G
k12 *V k22 *V
b1 b2
R3 D3 D4 k31 *G k32 *V b3
变形速度
5. 路面弯沉值计算
4.89m
地物（如：道路中心线、建筑物等）
的大地坐标；计算地物几何尺寸（如：
道路宽度、坡度、转弯半径、涵洞高
度等）。
道 路 中 心
线 提 取
4.82m
公路路基弯沉测量技术
1. 基本情况
➢ 弯沉定义
路基或路面在规定标准车的荷载作用下轮隙位置产生的垂直变形值，单位0.01毫 米。
➢ 弯沉测量方法
F=100KN
➢ 多传感器的同步控制定义
为完成预定的检测和测量任务，通过特定的方法和手段使得参与任务的多 个传感器按照预定的节奏、频率和逻辑顺序协同工作。
“工作协同”
避免“刻舟求剑”
3. 移动测量的关键技术之—融合配准
➢ 多源数据的融合配准
融合配准是指将多个传感器采集的数据按照时间整合后，再进行空间 坐标变换，实现统一坐标系下的一致性描述。
目前沿线设施的量测均依据于立体摄影测量 原理，采用多相机组合，对系统进行标定，得到 标定文件，将采集到的图片导入到后处理软件中， 通过人工选点的方式实现对目标物的测量
左眼 右眼
沿线设施检测技术
系统标定
目标物量测
沿线设施指标包括，防护栏缺损、隔离栅损坏、标志缺损、标线缺损、绿化管 理不善等，按照损坏损坏程度打分，这些指标的自动检测需将采集的图片中目标物进 行自动识别，对目标物的几何尺寸自动测量。目前大部分设备仅能提供图像采集功能 ，无法精确测量物体并自动识别。
1. 技术背景
我国公路通车里程快速增长，交通流量日益增大，路面养护管理工作 量与难度剧增
路面平整度、车辙深度、破损状态与交通附属设施状态数据是评价路 况的最重要指标，是推行公路科学养护管理的前提
公路网规模巨大，高速公路突 破10万公里，里程仍不断增长
交通流量急剧攀升，拥堵严重 长期超载运输，路面病害多发
➢ 线性参考坐标系是移动对地观测系统的另一种空间基准，通常用于
公路及铁路等线性地物测量。
z
M(B,L,H)
N
M点所在的平行
H
圈
M0
本初子午线
O
M点所在的子午 线
B
p4 S4
G107
S3
P1
P2
P3
L
y
p2 S0
S2
S1 P
p3
赤道
p1
P0
x WGS84大地坐标系
线性参考坐标系
3. 移的应用
2023年2月8日
工程测量发展的两个阶段
——八十年代前传统工程测量： 控制、测图、放样、变形、地籍…… 特点：静态、单一、低精度、传统领域
——九十年代后现代工程测量： GPS、RTK、GIS、无人机、移动测量…… 特点：动态、连续、高精度、多元领域
目录
1. 移动测量关键技术简介 2. 公路路面综合检测技术 3. 公路路基弯沉检测技术 4. 公路隧道快速检测技术
3. 隧道高分辨率深度影像采集技术
采用多台3D相机获取隧道的灰度影像和 3D形状；
分辨能力0.1mm，可以检查出隧道表面 细微的段差，测量出隧道检查所需要的 高精度3D形状。
4. 隧道红外影像采集技术
采用多台红外获取隧道的温度场图像； 用于分析隧道衬砌的脱空、渗水。
系统独特优势
提高数据的应用和服务功能 提高数据获取的效率
➢ 国外快速弯沉车
丹麦HSD
美国RWD
4. 多传感器数据采集
GPS/DMI
同步控制电路
采集卡
传感器
信号调制电路
计算机
5. 路面弯沉值计算
弯沉计算流程
数据预处理
计算 路面变形速度
路面 弯沉反演
标准 弯沉计算
5. 路面弯沉值计算
数据预处理
统计分析 ... 小波分析
原始数据
高斯滤波 ... 均值滤波
Thanks!