[发明专利]融合无人机LiDAR和高分影像的路面平整度监测方法

说明书

本发明公布了一种融合无人机LiDAR和高分辨率遥感影像的公路路面平整度监测方法，包括：对无人机获取的LiDAR点云和高分影像数据进行预处理；将高分影像的光谱特征与点云数据的多尺度几何特征进行融合构建有效特征变量集，从而实现路面点云与非路面点云的优化分类；进一步利用滤波分析得到较精确的路面点云数据；构建精细路面表面模型；采用IRI指数计算得到路面平整度。本发明有效克服了现有路面平整度监测方法效率低下、自动化程度低，不适于大范围全路段监测，只能获得极少数的道路纵剖面信息，无法全面反映路表面三维结构信息等缺陷；实用性强，可广泛应用于城市道路及其他低等级道路的平整度监测。

技术领域

本发明涉及公路路面平整度遥感监测技术，是利用无人机激光雷达(LightDetection And Ranging,LiDAR)和高分辨率遥感技术针对公路路面进行大范围、高效率、低成本的路面平 整度监测与评估。

背景技术

机载激光雷达(Airborne LiDAR)是一种主动式对地观测系统，集全球导航卫星系统、惯 性导航、激光测距及计算机处理技术于一身，能够直接获取高精度、高分辨率的数字地面模 型以及地物的三维空间信息，具有传统摄影测量方法无法取代的优越性，并在地形测绘、道 路勘测设计、植被参数反演、灾害监测、城市规划及三维建模等领域得到了较为广泛的应用。 公路作为一种现代化的运输通道在社会经济中发挥着越来越重要的作用，对沿线的物流、资 源开发、招商引资、产业结构调整、横向经济联合等起到积极推动作用，因而其质量好坏直 接影响到地区和国家的经济发展。文献[1](Sun L,Zhang Z M,RuthJ.Modeling indirect statistics of surface roughness[J].Journal OfTransportation Engineering-ASCE,2001,127(2):105-111)中， 1960年美国国家公路与交通运输行政联合会开展的道路试验表明：约95％的路面服务性能取 决于道路表面的平整度。路面平整度作为评价路面质量的主要指标之一，也是执行公路路面 养护管理的重要决策依据。据《2015年交通运输行业发展统计公报》统计，2015年中国公路 总里程达到457.73万公里，公路养护里程446.56万公里，占公路总里程97.6％，且呈逐年快速 增长趋势。随着我国公路建设的飞速发展，如何实现大范围、高效率、低成本的公路路面健 康状况监测就成为一个亟待解决的问题。

平整度监测是常用的公路路面健康状况监测与评价的重要指标之一。平整度评价指标的 测量有3米直尺测定最大间隙(h)、国际平整度指数(International RoughnessIndex,IRI)、行 使质量指数(Running Quality Index,RQI)、颠簸累积值(BumpCumulative Value,VBI)、平整 度标准差(σ)、功率谱密度(Power Spectral Density,PSD)等。现有传统的路面平整度监测 方法有：3m直尺、连续式平整度仪、手推式断面仪、车载式颠簸累积仪以及近年出现的激光 平整度检测仪(包括集成激光平整度仪的道路检测车)，其各自的特点概括于表1。这些方法 的共性之一就是只能依靠地面测量获得为数很少的道路纵剖面信息，对道路平整度的描述也 较粗略，而且无法快速获取道路表面的三维几何信息，使得管理部门对道路整体状况的了解 非常有限。

表1.常用的路面平整度监测方法