【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及公路领域，尤其涉及一种全路幅平整度计算方法及装置。
技术介绍
1、路面平整度是衡量路面性能的关键指标，它客观地反映了路面高程的波动状况，从而揭示了路面的行驶质量及其维护状况。平整度的优劣直接关系到行车的舒适度和安全性，同时还深刻影响着路面的使用寿命、轮胎的磨损程度以及车辆的油耗效率。正因为如此，对路面平整度进行科学准确的检测，对于确保行车安全、提高道路服务水平具有不可或缺的重要作用。
2、路面平整度有多种定义，例如国际道路会议常设技术委员会(piarc)在1987年布鲁塞尔世界道路大会上提出了一种基于几何分辨率的路面几何特性分类方法；国际标准化组织(iso)在iso-13473标准中定义路面平整度为表面与真实平面表面的偏差；美国材料与试验协会(astm e 867)则从车辆动力学影响的角度定义平整度。在中国，传统的道路平整度评价方法一般依据《公路路基路面现场测试规程》，其中明确规定了3个测量平整度的试验方法和相应指标，分别是三米直尺法、连续式平整度仪测试法和车载式颠簸累计仪测试法。《公路工程质量检验评定标准》(jtg f80/1-2017)中规定：对各级道路的各结构层的平整度指标的检验以三米直尺与路面的最大间隙h(mm)、平整度仪测定的标准差σ(mm)和国际平整度指数iri(单位：m/km)为标准进行检验。jtg 3450-2019《公路路基路面现场测试规程》对三米直尺、连续式平整度仪、车载式颠簸累积仪以及车载式激光平整度仪测定平整度的实验方法做了充分的说明。目前常用的三种平整度测量仪器见图1a-图1c
3、路面平整度的检测方法主要分为主观评估法、断面类法和反应类法。其中，断面类法，涉及使用激光断面仪、三维激光雷达等高精度传感器，通过测量路面断面的高程变化来计算国际平整度指数iri，是最常见的方法。反应类法主要是借助于跨学科研究，因为道路/车辆/用户在车辆行驶中发生的各类交互现象共同决定了路面的性能。在这个过程中，通常会引入复杂的方法论，以便尽可能真实地模拟车辆的动态响应，从而评估其影响。然而，无论是激光断面类检测技术还是反应类检测方法，它们都依赖于测量一条或多条测线上的高程变化来确定路面平整度指数。从统计学角度来看，路面的高程变化通常符合零均值正态分布。然而，由于车辆的碾压、道路的横纵坡以及天气条件等因素的影响，道路横向的高程分布并不均匀。当不同频率和不同检测车辆在同一路段行驶时，由于激光探头的检测轨迹难以完全一致，这导致了iri检测结果的一致性较低，进而影响了对广域路网平整度的分析和评价。
4、欧美国家自20世纪60年代起就开始了三维激光扫描技术的研究，并在90年代取得了显著进展。如利用机载三维激光扫描技术高效获取大面积地形信息，实现了该技术的产业化。路面三维激光扫描技术的研究也随之迅速成熟，如美国斯坦福大学和华盛顿大学的相关研究，以及徕卡、瑞格等知名公司的产品开发，这些设备在生产生活和科研领域得到了广泛应用，如古建筑修复、地形测绘、道路测量等。图2a-图2b示出了现有技术中车载式路面三维测量设备。
5、进一步的，在路面三维测量方面，迪亚兹等人基于道路线形计算结果，利用道路切片分割法与k-means聚类法提取了距离道路外边缘1m距离的路面测线，通过计算该测线高程的均方根值、偏度、峰度来评价路面的平整度。库玛等人提出了一种算法，允许用户从通过三维测量系统获取的点云中评估平整度。其目的是确定一种能够提供快速、廉价和完整信息的方法，通过确定高程值相对于插值平面表面的标准差来确定平整度。塔威普等人开发了一种基于点云体素化的分割算法，能够估计道路表面的平整度。德比拉西斯等人利用普通克里金法和反距离加权法处理dsm数据并提取路面高程变化以计算iri值，将其与激光断面仪左右轮所测的iri数据进行比较，结果标准差在1.07～1.83范围内，证明两种方法所得结果具有较强的相关性。芭芭拉等人利用lidar三维点云数据和dsm计算了机场跑道的路面平整度，并精细化地绘制了横向不同测线的高程与坡度变化。该研究虽然考虑了平整度分布的横向影响，但未从平整度参数出发分析不同采集测线下获得的平整度指数是否存在差异。
6、既有研究已经建立了成熟可靠的点云数据处理方法，证明了激光点云测量技术作为路面平整度检测手段的可靠性。但受限于lidar的布设条件和点云数据的绘图原理，很难直接读取车辆轮迹带位置的高程变化。此外，现有研究往往采用道路轮迹带中心线，或距离某一侧固定宽度测线的高程计算平整度数值，未充分考虑路面横向平整度分布的影响。
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请提出了一种全路幅平整度计算方法及装置，能够提供更准确、全面的道路平整度评估。
2、根据本申请的一个方面，本申请提供了一种全路幅平整度计算方法，该方法包括：
3、获取路面的原始高程值点云数据；
4、处理点云数据噪声；
5、确定车道类别，计算轮迹分布概率，并获取纵断面权重；
6、基于纵断面权重计算车道的路面等效纵断面高程值；
7、基于等效纵断面高程值计算平整度指标。
8、优选地，处理点云数据噪声包括：
9、去除位于车道边界外的点云数据；
10、剔除车道内的异常数据。
11、优选地，确定车道类别包括确定车道为行车道、超车道、慢车道或混合车道；轮迹分布概率为轮迹横向分布概率；
12、纵断面权重fnorm(x)按照下式计算：
13、
14、其中，fmax和fmin分别表示f(x)的最大和最小值；
15、
16、其中，ωi表示μi＝0.5li时的权重，li表示实际轮距，x为车道以该车道中心为起始点沿横向方向的宽度，bi、μi、和σi为拟合参数。
17、优选地，车道类别为行车道的情况下，li为1.8m；车道类别为超车道的情况下，li为1.6m；车道类别为慢车道的情况下，li为2.0m；车道类别为混合车道的情况下，li为1.8m。
18、优选地，根据下式计算车道的路面等效纵断面高程值p3(n)：
19、
20、p2(xi,n)＝p1(xi,n)·fnorm(xi),n＝1,2,...,n；
21、p1(xi,n)为各横断面的点云数据，n表示沿车道横向方向第n个横断面，n表示该点云覆盖的横断面总数。
22、优选地，该方法还包括根据下式计算更新的车道的路面等效纵断面高程值p4(n)：
23、p4(n)＝a×p3(n)/m；
24、其中，参数m表示横断面的采样点数；参数a根据fnorm(x)的累计和与m的比值的2倍取整计算。
25、本申请提供了一种全路幅平整度计算装置，该装置包括：
26、获取模块，用于获取路面的原始高程值点云数据；
27、计算模块，用于处理点云数据噪声；确定车道类别，计算轮迹分布概率以及纵断面权重；基于纵断面权本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种全路幅平整度计算方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的全路幅平整度计算方法，其特征在于，处理点云数据噪声包括：
3.根据权利要求1所述的全路幅平整度计算方法，其特征在于，确定车道类别包括确定车道为行车道、超车道、慢车道或混合车道；轮迹分布概率为轮迹横向分布概率；
4.根据权利要求3所述的全路幅平整度计算方法，其特征在于，车道类别为行车道的情况下，Li为1.8m；车道类别为超车道的情况下，Li为1.6m；车道类别为慢车道的情况下，Li为2.0m；车道类别为混合车道的情况下，Li为1.8m。
5.根据权利要求3所述的全路幅平整度计算方法，其特征在于，根据下式计算车道的路面等效纵断面高程值P3(n)：
6.根据权利要求5所述的全路幅平整度计算方法，其特征在于，该方法还包括根据下式计算更新的车道的路面等效纵断面高程值P4(n)：
7.一种全路幅平整度计算装置，其特征在于，该装置包括：
8.根据权利要求7所述的全路幅平整度计算装置，其特征在于，计算模块，还用于去除位于车道边界外的点
9.根据权利要求7所述的全路幅平整度计算装置，其特征在于，计算模块，还用确定车道为行车道、超车道、慢车道或混合车道；计算轮迹横向分布概率；
10.根据权利要求9所述的全路幅平整度计算装置，其特征在于，车道类别为行车道的情况下，Li为1.8m；车道类别为超车道的情况下，Li为1.6m；车道类别为慢车道的情况下，Li为2.0m；车道类别为混合车道的情况下，Li为1.8m。
11.根据权利要求9所述的全路幅平整度计算装置，其特征在于，计算模块，还用于根据下式计算车道的路面等效纵断面高程值P3(n)：
12.根据权利要求11所述的全路幅平整度计算装置，其特征在于，计算模块，还用于根据下式计算更新的车道的路面等效纵断面高程值P4(n)：
...【技术特征摘要】
1.一种全路幅平整度计算方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的全路幅平整度计算方法，其特征在于，处理点云数据噪声包括：
3.根据权利要求1所述的全路幅平整度计算方法，其特征在于，确定车道类别包括确定车道为行车道、超车道、慢车道或混合车道；轮迹分布概率为轮迹横向分布概率；
4.根据权利要求3所述的全路幅平整度计算方法，其特征在于，车道类别为行车道的情况下，li为1.8m；车道类别为超车道的情况下，li为1.6m；车道类别为慢车道的情况下，li为2.0m；车道类别为混合车道的情况下，li为1.8m。
5.根据权利要求3所述的全路幅平整度计算方法，其特征在于，根据下式计算车道的路面等效纵断面高程值p3(n)：
6.根据权利要求5所述的全路幅平整度计算方法，其特征在于，该方法还包括根据下式计算更新的车道的路面等效纵断面高程值p4(n)：
7.一种全路幅平整度计算...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗营超，安华贞，李孝兵，王义旭，刘越，荆根强，
申请(专利权)人：交通运输部公路科学研究所，
类型：发明
国别省市：
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