基于车载激光雷达三维扫描技术的路旁资产管理研究

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道路资产管理发展经历了一定的历史,国内采用国外引进加自主研发的方式,实现了对国外的追赶。目前针对路面的道路资产管理系统研究已经十分成熟,但是对路旁资产管理的重视程度不够,学者研究颇少,导致目前缺乏主流的管理框架,没有形成成熟的管理体系。同时,新时代的路旁资产管理必定朝着数字化管理的方向前进,因此如何获取路旁资产的位姿(位置+姿态)信息并加以数字化管理,是路旁资产管理中的关键问题。本文针对路旁资产的数字化管理问题进行研究,并提出了路旁资产管理的简要框架。车载三维激光扫描技术是一种精度高、抗环境干扰能力强、效率高的数据获取技术,将车载三维激光扫描技术用于路旁资产管理具有可行性。本文的研究过程是先用车载激光雷达对路旁资产进行扫描,然后对激光雷达数据进行数据拟合,最大程度地还原路旁资产的姿态信息并加以管理。其中数据拟合时采用消除误差高效的整体最小二乘法,管理路旁资产信息时结合GPS(Global Positioning System)技术与GIS(Geographic Information System)技术,对资产的位姿信息加以管理。针对路旁资产管理,选择路灯、标志牌与隧道三种路旁资产,这三种路旁资产在空间表达上属于空间直线、空间平面与空间曲面,具有代表性,研究三种路旁资产的数字化管理框架。在对路灯与标志牌数据进行处理时,数据信息既作管理,又与实际情况对比作为研究方法有效性的验证与精度的评定依据,并在精度评定的基础上,完成隧道内拱面点云数据采集并处理,达到隧道动态巡检的效果。针对数字化管理问题,选用整体最小二乘法对路灯与标志牌的数据拟合,得到路灯的方向向量与标志牌的法向量,计算与地面的夹角,发现得到的结果误差均在3%以内,精度足够,研究方法有效,框架的可行性得到验证,且车载激光扫描的方式相比于人工检测效率更高,数据获取更方便。在对隧道内拱面作为空间曲面进行处理时,根据车载激光雷达数据选取等间隔的横截面数据进行处理,对处理结果加以统计分析,发现隧道经过多年使用之后,水平方向的位移比净高的位移变化大,对两个方向的位移变形速度进行计算,根据位移变形速度得到状况评定值,结合GPS位置信息以图层形式加载在QGIS中供管理人员管理。
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