基于数字图像法对路面构造深度的方法研究.pdf
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1、-56-基于数字图像法对路面构造深度的方法研究荣文涛1,2,门阳阳1,2(1.山东交通职业学院,山东 潍坊 261206;2.山东省交通运输行业公路工程材料教学研究实验室,山东 潍坊 261206)摘要:针对传统铺砂法计算路面构造深度效率低、激光断面法成本高及数字图像法准确性低等问题,提出了一种基于数字图像处理技术评价路面构造深度的方法,使用实景建模软件对多张数字图像进行三维建模,通过空三运算将路面影像生成包含路面三维坐标信息的点云数据,利用矩阵数值计算手段对点云数据进行矫正处理,计算路面构造深度数值并进行路面三维显示,最后通过铺砂法试验验证了该方法的可行性,最大误差仅为 4.8%。关键词:道
2、路工程;构造深度;数字图像;实景建模中图分类号:U416.01 文献标识码:AResearch on the method of pavement structure depth based on digital image methodRONG Wentao1,MEN Yangyang 2(1.Shandong Transport Vocational College,Shandong Weifang 261206 China;2.Teaching and Research Laboratory of Highway Engineering Materials for Transportat
3、ion Industry in Shandong Province,Shandong Weifang 261206 China)Abstract:Aiming at the problems of low efficiency of traditional sand paving method in calculating the depth of pavement structure,high cost of laser section method and low accuracy of digital image method,this paper proposes a method t
4、o evaluate the depth of pavement structure based on digital image processing technology.It uses real scene modeling software to carry out three-dimensional modeling on multiple digital images,and generates point cloud data containing three-dimensional coordinate information of the pavement from the
5、road image through spatial three-dimensional operation,The matrix numerical calculation method is used to correct the point cloud data,calculate the pavement structure depth value and display the pavement in three dimensions.The feasibility of this method is verified by the sand paving test,and the
6、maximum error is only 4.8%.Key words:road engineering;texture depth;digital image;real scene modeling引言路面构造深度(Texture Depth)是路面状况检测的一项重要指标,指一定面积的路表面凹凸不平的开口孔隙的平均深度,主要用来评价路面宏观纹理构造,反映了路面的粗糙程度,直接影响着路面抗滑性能,同时也影响着雨天路面的排水性能1-2。目前路表面平均构造深度测量方法主要有体积法(铺砂法)、激光断面法、数字图像法三种,目前主要利用灰度图像获取路面的高程信息,计算准确性较低3-5。随着我国公路交通
7、的基础设施的发展,越来越多的构造深度检测技术应用于公路工程6-9。冯兴乐等6 对激光测量法进行改进,提出了基于 B 样条断点插值和滤波去噪的算法,通过断面法估算路面的构造深度,充分考虑分析了摩擦系数的相关性。韦福禄等7 提出了一种构造深度测试装置,该装置可通过采集箱的多台照相机采集路面图像,再通过控制器提取路面三维坐标并进行处理,计算路面构造深度。张向阳和钟棉卿8采用车载激光扫描仪获取路面激光点云数据,数据处理后检测路面构造深度。李寅9简述了工程应用中分别用激光断面法和人工铺砂法对路面构造深度进行了测定,并进行了相关性对比分析。可以看出,数字测量方法均未对计算参考平面和点云数据参考坐标系进行矫
8、正分析。因此,有必要在已有研究的基础上,建立更为完善的路面构造深度数字检测方法,从而更为有效、快速、简单、精准地实现路面构造深度的评价。收稿日期:2022-11-25作者简介:荣文涛(1981),男,山东潍坊人,硕士研究生,副教授,研究方向为路桥施工。2023 年第 3 期山东交通科技-57-1 路面构造深度计算原理铺砂法是我国公路路面的构造深度检测标准,本研究根据铺砂法的检测原理,基于路面数字图像点云三维坐标数据计算其构造深度。铺砂法是将一定体积(25 000 mm3)的定量砂均匀摊铺在路面的测试区域上,尽量摊铺成圆形,使用钢尺测量该铺砂圆的平均直径。路面的构造深度为定量砂的体积与铺砂圆面积
9、的比值,即为平均构造深度10:MTD=VS=VD2/4(1)式中:MTD路面平均构造深度,mm;V 定量砂的体积,mm3;S铺砂圆的面积,mm2;D 铺砂圆的平均直径,mm。依据铺砂法原理,结合有限元思维,基于采集的离散点云三维坐标数据,计算构造深度:11kknnkknnVVMTDSS=(2)式中:Vn第 n 个有限元柱体的体积,mm3;Sn第n 个有限元柱体截面积,mm2。2 路面构造深度计算方法2.1 路面点云数据采集与读取使用实景建模软件 Context Capture Master 对相机采集的多张路面影像进行空三运算11-12,生成点云数据,格式为 LAS;然后采用数学建模软件MAT
10、LAB 编写点云数据读取程序,对路面的三维坐标数据进行读取,提取点数据信息中的 X、Y、Z 采集值及相应的比例因子和偏移值13,根据坐标转换公式(3)得到三维坐标矩阵 Ok3,k 为点坐标数量,点云数据读取算法见图 1。图 1 点云数据读取算法的流程输入点云数据读取点云数据的 X、Y、Z 比例因子和偏移值确定点数据的起始位置形成坐标矩阵 Ok3否读取一个点数据记录三维坐标转换提取 X、Y、Z 采集值是否读完数据点X=(XrecordXscale)+XoffsetY=(YrecordYscale)+YoffsetZ=(ZrecordZscale)+Zoffset(3)式中:Xrecord、Yre
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