一种沥青路面变量铣刨参数设计方法及装置

本发明涉及智能交通，具体涉及一种沥青路面变量铣刨参数设计方法及装置。

背景技术：

1、公路养护管理是确保公路系统高效运行和服务质量的关键。随着高速公路车流量的激增以及重型车辆频繁超载，路面及路基结构性损害情况严重，对道路安全和使用寿命构成了显著威胁。一旦道路状况恶化到需要修复和重铺路面的程度，通常需要采用铣刨填补养护技术。铣刨填补施工前必须对现场路面进行详尽的三维测绘，以获取高程数据。高程数据在整个路面修复过程起着至关重要的作用。

2、早期，高程数据用于项目规划和成本预估；在设计阶段，高程数据作为铣刨量设计软件的输入；在施工阶段，高程数据作为铣刨机施工的数据基础。但是，现阶段常用的传统路面铣刨技术如滑靴式铣刨或平衡梁式铣刨，均为等厚铣刨，铣刨过程中更着重于找平，不能或只能轻微改变原路面的起伏程度，铣刨后对路面平整度的提升有限，无法实现施工过程中厚度连续检测及实时动态精准控制。

3、此外，目前广泛采用的rtk和全站仪放线等传统测绘方法需要进行交通管制，不仅影响交通，而且测绘效率低下且精度有限。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种沥青路面变量铣刨参数设计方法及装置，能够解决现有技术中面对现有路面养护测量方法效率低、精度差等难题，可以快速地采集高精度的路面三维信息和有效地计算路面铣刨参数，降低成本和对交通的影响。

2、为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

3、一方面，本发明提供一种沥青路面变量铣刨参数设计方法，包括以下步骤：

4、获取道路三维点云数据；

5、根据道路病害分布和道路结构安全，设置最小铣刨深度和最大铣刨深度；

6、根据道路三维点云数据对道路进行纵坡拟合，得到贴合现状道路并对应道路边线的高程数据；

7、根据道路边线的高程数据设计横坡，计算不同边线作为基准线情况下的铣刨量，选取铣刨量最小的一条边线作为基准线。

8、在一些可选的方案中，所述的获取道路三维点云数据，包括：

9、在选定的土壤地基稳固、无卫星信号干扰的空地上搭建gnss基准站；

10、在进行车辆扫描设备和惯导系统初始化后，启动载体汽车以设定速度按预定路线采集道路激光扫描仪数据，并记录导航和里程数据；

11、将道路激光扫描仪数据、导航和里程数据融合处理，得到道路三维点云数据。

12、在一些可选的方案中，在获取道路三维点云数据后，还对道路三维点云数据进行滤波预处理，包括：

13、将道路点云进行上下翻转并转换点云的几何坐标；

14、根据道路的地形设置刚度值和网格分辨率，记录格网对应点云的高程值和坐标值；

15、假设每个倒置点云是一个运动的粒子，记录每个粒子在仅受到重力作用下产生的位移量；

16、比较粒子位移量和高程值的大小，若位移量小于或等于高程值，则将该粒子位置替换到对应的原高程坐标位置，标记为不可移动点；若两个相邻粒子都是可移动点，则其中一个向上移动一个向下移动；若两个相邻点中一个为可移动点，另一个为不可移动点，则移动可移动点；重复上述过程，完成所有粒子的遍历；计算粒子与对应的点云之间的距离，若点云和粒子的距离小于预先设置的阈值，则认为其是地面点，否则认为其为非地面点。

17、在一些可选的方案中，所述根据道路病害分布和道路结构安全，设置最小铣刨深度和最大铣刨深度，包括：

18、基于道路结构安全要求，设置最大铣刨深度；

19、根据扫描反射强度，确定道路损伤程度，并生成道路病害分布图；

20、根据道路病害分布图以及道路病害对应点云的高程数据，确定最小铣刨深度。

21、在一些可选的方案中，所述的根据道路三维点云数据对道路进行纵坡拟合，得到贴合现状道路并对应道路边线的高程数据，包括：

22、应用滑动窗口法对道路里程数据进行分段；

23、采用最小二乘法进行里程和高程数据的拟合，获得每个分段的数学表达式；

24、将每个分段的边线里程中点带入对应的数学表达式，得到对应的高程数据。

25、在一些可选的方案中，所述的采用最小二乘法进行里程和高程数据的拟合，获得每个分段的数学表达式，包括：

26、采用最小二乘法分别对每个分段的里程和高程数据进行二次曲线拟合和一次直线拟合；

27、根据拟合得到的一次直线和二次曲线，逐点计算窗口内各点的对应残差；

28、通过残差分析该点适合一次直线或者二次曲线，并对分类后的点再次进行对应的一次直线拟合或者二次曲线拟合，根据拟合得到的一次直线和二次曲线，逐点计算分类后各点的对应残差，重复该步骤，直至各点分类不在发生变化，得到每个分段的数学表达式。

29、在一些可选的方案中，根据公式，确定一次直线的系数；

30、根据公式，确定二次直线的系数；

31、其中，为一次直线方程的一次系数，为一次直线方程的常数系数，为二次直线方程的二次系数，为二次直线方程的一次系数，为二次直线方程的常数系数，为第i个拟合点里程方向的坐标，以及对应的高程，n为拟合点总数。

32、在一些可选的方案中，对于整个道路的边界处，采用线性外推法进行高程数据的拟合。

33、在一些可选的方案中，所述的根据道路边线的高程数据设计横坡，计算不同边线作为基准线情况下的铣刨量，选取铣刨量最小的一条边线作为基准线，包括：

34、根据两条变形对应点的高程，计算横坡坡度；

35、若横坡坡度大于设定角度，以一条边线的点为基准，调整另一边线对应点的高程；

36、计算不同边线作为基准线情况下的铣刨量，选取铣刨量最小的一条边线作为基准线。

37、另一方面，本发明还提供一种沥青路面变量铣刨参数设计装置，包括：

38、参数获取模块，其用于获取道路三维点云数据；

39、刨深设计模块，其用于根据道路病害分布和道路结构安全，设置最小铣刨深度和最大铣刨深度；

40、高程拟合模块，其用于根据道路三维点云数据对道路进行纵坡拟合，得到贴合现状道路并对应道路边线的高程数据；

41、选择模块，其用于根据道路边线的高程数据设计横坡，计算不同边线作为基准线情况下的铣刨量，选取铣刨量最小的一条边线作为基准线。

42、与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明根据道路病害分布和道路结构安全，设置最小铣刨深度和最大铣刨深度；根据道路三维点云数据对道路进行纵坡拟合，得到贴合现状道路并对应道路边线的高程数据；根据道路边线的高程数据设计横坡，计算不同边线作为基准线情况下的铣刨量，选取铣刨量最小的一条边线作为基准线。利用高精度道路三维模型，对道路三维点云进行点云数据的拟合等处理，提供高精度的道路铣刨深度数据，以确保最终的路面平整度和排水设计满足公路工程的严格标准，实现了沥青路面铣刨过程的数字化、精细化，为沥青路面的养护提供可靠数据。