一种道路纵断面高程测量方法、介质及系统与流程

本发明涉及道路纵断面高程测量技术领域，尤其涉及一种道路纵断面高程测量方法、介质及系统。

背景技术：

目前道路工程应用较广泛的纵断面自动化测量仪器多为车载式，从原理上可以分为惯性基准类和共点传递基准类。现有道路纵断面自动化检测仪器的主要缺点首先体现在基准测量的不稳定性。基于单纯加速度传感器的惯性基准测量方法由于传感器原理限制，通常需在高速且匀速状态下进行测量，在低速、变速状态下的测量结果不可靠，误差较大。而基于共点传递的基准获取方法在载车行驶速度发生变化时，车身姿态随之倾斜，测距传感器的测量轴与路面夹角也发生变化，从而在基准传递时引入误差。上述误差在农村公路、城市道路等环境中因匀速状态难以保持而尤为明显。

此外，惯性基准测量需要通过加速度二次积分计算位移，积分过程产生的累积误差必须通过滤波处理去除，滤波的过程也同时去除了道路真实纵断面曲线的部分信息，不能得到包含全部信息的纵断面数据。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种道路纵断面高程测量方法、介质及系统，以解决现有技术的道路纵断面高程测量误差大的问题。

第一方面，提供一种道路纵断面高程测量方法，包括：在道路检测车的基准面上设置第一激光测距传感器、第二激光测距传感器和惯性测量仪，其中，所述第一激光测距传感器和所述第二激光测距传感器相距预设距离，所述第一激光测距传感器和所述第二激光测距传感器沿所述道路检测车的长度方向排列，所述第一激光测距传感器比所述第二激光测距传感器靠近所述道路检测车的车头，所述第一激光测距传感器和所述第二激光测距传感器的激光束方向垂直于所述基准面，所述基准面垂直于所述道路检测车的高度方向，所述惯性测量仪的三个测量轴分别与所述激光束方向、所述道路检测车的长度方向和所述道路检测车的宽度方向平行；当所述道路检测车在待测道路上行驶时，从起点开始每行驶所述预设距离，通过所述第一激光测距传感器和所述第二激光测距传感器向所述待测道路的路面发射激光束，测量所述基准面与所述待测道路的路面的第一距离和第二距离，以及，通过所述惯性测量仪测量所述基准面的俯仰角，其中，所述第一距离为所述基准面与所述第一激光测距传感器对应的所述待测道路的路面的测量点的距离，所述第二距离为所述基准面与所述第二激光测距传感器对应的所述待测道路的路面的测量点的距离；计算每次测量所述第一激光测距传感器和所述第二激光测距传感器对应的所述待测道路的路面的测量点之间的高程差，其中，所述高程差的计算式为：δhk＝d×sinαk-(l1,k-l2,k)×cosαk，δhk表示该次测量的高程差，d表示所述预设距离，l1,k表示该次测量对应的所述第一距离，l2,k表示该次测量对应的所述第二距离，αk表示该次测量对应的所述基准面的俯仰角；计算每次测量所述第一激光测距传感器对应的测量点的道路纵断面高程，其中，所述道路纵断面高程的计算式为：hk+1＝hk+δhk，hk+1表示该次测量所述第一激光测距传感器对应的测量点的道路纵断面高程，hk表示前一次测量所述第一激光测距传感器对应的测量点的道路纵断面高程，k＝0，1，2，……，h1表示起点的道路纵断面高程。

第二方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如上述第一方面实施例所述的道路纵断面高程测量方法。

第三方面，提供一种道路纵断面高程测量系统，包括：如上述第二方面实施例所述的计算机可读存储介质。

这样，本发明实施例，利用惯性测量仪和双激光测距传感器结合的方式，再结合相关算法，消除了载体车辆作业过程中变速对纵断面测量的影响，能够广泛适用于不同路况和检测作业情景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的道路纵断面高程测量方法的流程图；

图2是本发明实施例的激光测距传感器和惯性测量仪的位置示意图；

图3是本发明实施例的测量原理图；

图4是本发明实施例的道路纵断面高程测量方法和现有的高精度光学水准仪的测量结果的对比示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种道路纵断面高程测量方法。如图1所示，该测量方法包括如下的步骤：

步骤s1：在道路检测车的基准面上设置第一激光测距传感器、第二激光测距传感器和惯性测量仪。

第一激光测距传感器和第二激光测距传感器可以发出准直激光束，用于测量激光束与路面相交的测量点与基准面之间的距离。第一激光测距传感器和第二激光测距传感器相距预设距离。第一激光测距传感器和第二激光测距传感器沿道路检测车的长度方向排列。第一激光测距传感器比第二激光测距传感器靠近道路检测车的车头。第一激光测距传感器和第二激光测距传感器的激光束方向垂直于基准面。基准面垂直于道路检测车的高度方向。

优选的，惯性测量仪为集成有三轴陀螺仪和三轴加速度计的组合传感器。惯性测量仪的三个测量轴分别与激光束方向、道路检测车的长度方向和道路检测车的宽度方向平行。更优选的，惯性测量仪为一种集成惯性导航单元和卫星定位单元的组合导航设备，能够更加精确地测量俯仰角。

在本发明一具体的实施例中，如图2所示，将第一激光测距传感器1和第二激光测距传感器2安装在车辆左后轮的后部。具体的，可在车辆左后轮的后部沿道路检测车的长度方向安装一刚性梁，把第一激光测距传感器1和第二激光测距传感器2安装在刚性梁上。刚性梁所在平面即为基准面。第一激光测距传感器1和第二激光测距传感器2之间的预设距离d为0.1m。第一激光测距传感器1和第二激光测距传感器2的测量点分别位于左右轮迹带中心位置。惯性测量仪3安装于第一激光测距传感器1和第二激光测距传感器2所在刚性梁的中部，用于测量刚性梁所在的基准面的俯仰角。

步骤s2：当道路检测车在待测道路上行驶时，从起点开始每行驶预设距离，通过第一激光测距传感器和第二激光测距传感器向待测道路的路面发射激光束，测量基准面与待测道路的路面的第一距离和第二距离，以及，通过惯性测量仪测量基准面的俯仰角。

具体的，道路检测车沿道路纵断面测线行驶。第一距离为基准面与第一激光测距传感器对应的待测道路的路面的测量点的距离，第二距离为基准面与第二激光测距传感器对应的待测道路的路面的测量点的距离。第一激光测距传感器对应的待测道路的路面的测量点为第一激光测距传感器发射的激光束与待测道路的路面的交点，第二激光测距传感器对应的待测道路的路面的测量点为第二激光测距传感器发射的激光束与待测道路的路面的交点。具体的，可通过将第一激光测距传感器和第二激光测距传感器设置在合适的位置(道路纵断面测线正上方)，使得第一激光测距传感器和第二激光测距传感器对应的测量点位于道路纵断面测线上，从而使得测量更精确。第一激光测距传感器和第二激光测距传感器的测量原理为公知的，在此不再赘述，其测量得到距离值的单位为毫米。

惯性测量仪测量在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出基准面相对水平面的俯仰角，其解算过程为公知的，在此不再赘述。

在本发明一具体的实施例中，该预设距离可通过光电式旋转编码器测量，光电式旋转编码器安装于车轮轮毂，并与车轮同步旋转，其测量原理为公知的，在此不再赘述。具体的，可将光电式旋转编码器安装于道路检测车的左后轮，测量车轮旋转距离以确定是否行使了预设距离。当行使了预设距离后，光电式旋转编码器可向第一激光测距传感器、第二激光测距传感器和惯性测量仪发送信号，控制第一激光测距传感器、第二激光测距传感器和惯性测量仪进行一次测量。

步骤s3：计算每次测量第一激光测距传感器和第二激光测距传感器对应的待测道路的路面的测量点之间的高程差。

具体的，如图3所示，高程差的计算式如下：

δhk＝d×sinαk-(l1,k-l2,k)×cosαk。

其中，δhk表示该次测量的高程差。d表示预设距离。该次测量第一激光测距传感器对应的测量点为pk+1。l1,k表示该次测量对应的第一距离。该次测量第二激光测距传感器对应的测量点为pk。l2,k表示该次测量对应的第二距离。αk表示该次测量对应的基准面的俯仰角。

对于基准面的俯仰角，当基准面为水平面时，基准面的俯仰角为0；当基准面的靠近道路检测车的前进方向的一端比远离道路检测车的前进方向的一端高时，基准面的俯仰角大于0；当基准面的靠近道路检测车的前进方向的一端比远离道路检测车的前进方向的一端低时，基准面的俯仰角小于0。

步骤s4：计算每次测量第一激光测距传感器对应的测量点的道路纵断面高程。

由于每行驶预设距离进行一次测量，该预设距离刚好也是第一激光测距传感器和第二激光测距传感器之间的距离，因此，相邻两次测量中，第一激光测距传感器对应的前次测量点与第二激光测距传感器对应的后次测量点重合，且该次测量的高程差δhk为该次测量第一激光测距传感器和第二激光测距传感器对应的待测道路的路面的测量点之间的高程差，这样可以得到道路纵断面高程的计算式为：

hk+1＝hk+δhk。

其中，hk+1表示该次测量第一激光测距传感器对应的测量点的道路纵断面高程，hk表示前一次测量第一激光测距传感器对应的测量点的道路纵断面高程，k＝0，1，2，……。h1表示起点的道路纵断面高程。一般基于道路纵断面数据进行道路施工质量检验或道路技术状况评定等应用时，并不要求获取道路纵断面曲线的绝对高程值，只需要获取道路纵断面曲线自身相对高程即可，因此，起点的道路纵断面高程h1可以设为0。特殊情况需要获取绝对高程值时，可结合其他现有的测量手段获取h1。

第一激光测距传感器对应的测量点的总数为因此，k＝0，1，2，……，n-1。s为待测道路的总长度。

因此，通过本步骤，在已知起点的道路纵断面高程的情况下，即可获得道路纵断面曲线中一系列间隔为预设距离d的测量点的高程，从而获得了反映真实道路纵断面曲线的离散数据。

在一具体实施例中，可将第一激光测距传感器、第二激光测距传感器和惯性测量仪与数据采集上位机通过usb数据接口连接。数据采集上位机为一台工业控制计算机，其接收第一激光测距传感器、第二激光测距传感器和惯性测量仪测量的数据，通过步骤s3和s4计算得到道路纵断面曲线高程离散数据，并存储该数据。

此外，本发明实施例的第一激光测距传感器和第二激光测距传感器的数量可以为多组，例如，可以设置三组第一激光测距传感器和第二激光测距传感器。每一组第一激光测距传感器和第二激光测距传感器对应一条道路纵断面测线，从而能够同时测量待测道路的三个纵断面高程数据。

下面通过变速情景对比实验来验证本发明实施例的测量方法的准确性。实验对比对象为高精度光学水准仪。实验路段长度为250米。实验对比结果如图4所示。从实验数据来看，在急变速情景下，本发明实施例的方法和现有的高精度水准仪获取的道路纵断面高程的结果仍非常接近，表明本发明实施例的测量方法具有良好的检测精度。

本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如上述实施例所述的道路纵断面高程测量方法。

本发明实施例公开了一种道路纵断面高程测量系统，包括：如上述实施例所述的计算机可读存储介质。

综上，本发明实施例，利用惯性测量仪和双激光测距传感器结合的方式，再结合相关算法，消除了载体车辆作业过程中变速对纵断面测量的影响，能够广泛适用于不同路况和检测作业情景。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。