通讯员 李立敏 科技日报记者 刘垠
近日，交通运输部公路科学研究所（国家道路与桥梁工程检测设备计量站）联合武汉工程大学研发出高精度大幅面路面三维损坏现场测量装置，相关论文刊发于中国计量测试学会主办的《计量学报》。该装备依托点云拼接技术，实现大幅面路面病害亚毫米级非接触现场测量，破解车载路面三维检测设备现场校准中参考量值“测不准、测不快”等技术难题，为公路基础设施数字化检测提供计量技术支撑。
当前，车载式路面三维检测设备应用广泛，但缺少适配现场真实条件的快速校准手段。传统校准技术依靠精密水准仪逐点测量，测点稀疏、效率不高，难以还原路面损坏的完整三维形态；普通三维扫描设备又受视场限制，难以兼顾大范围测量与亚毫米级精度的双重要求。因此，车载式路面三维检测设备的工程应用面临计量溯源的瓶颈难题。
针对路面显著特征稀少、点云配准易失效的现实痛点，科研团队创新性提出基于人工标准试件辅助的可拼接大幅面路面三维损坏测量方案。硬件采用线结构光发生器搭配高分辨率工业相机搭建便携式采集平台，完成相机、光平面、位移多维度标定。算法实现的思路可概括为“分、认、配、拼”四步：先用RANSAC算法把道路基准面的点云分离出来；再用引入信息熵的改进聚类方法，把形状特征明显的标准试件逐一“认”出来；然后为每个试件建立特征“档案”，据此在两组点云中对各试件进行匹配；最后先粗后精地对齐——先由Super-4PCS算法快速锁定大致重合区域，再由ICP算法逐点微调，使多块分批测量的路面点云像“拼图”一样合并成一幅完整的路面三维点云。随后，可计算路面损坏区域的高程、面积、体积等技术参数，拓展设备的有效测量幅面。
为检验该装置在真实现场环境的性能，团队特意选了正午（照度12000 lx）和傍晚（照度6 lx）两类极端光照条件进行对比试验。试验中以一台经过计量溯源的手持三维扫描仪作为参照，测得沥青路面损坏区域高程偏差小于±0.60毫米，仅相当于6张打印纸叠在一起的厚度，长、宽、高多维度测量误差均满足现场计量精度要求，无须固定实验室环境，可直接运用于车载式路面三维检测设备的现场校准作业。
论文通讯作者、国家道路与桥梁工程检测设备计量站技术质量总监、研究员荆根强表示，路面显著特征稀疏是点云拼接的最大难点，通过在点云重叠区布设几何特征显著的标准试件，将有效提升配准输入点云重叠度，改善弱特征路面点云配准的鲁棒性。该装置能够快速获取可溯源的真实路面三维参考数据，科学构建车载式路面三维检测设备的国家计量溯源体系。
据介绍，该研究得到国家自然科学基金项目支持。下一步，团队将继续优化算法，完善特征件摆放水平度较差情况下的点云拼接策略，进一步提升装备鲁棒性，用作交通领域新一代计量标准，更好地满足智慧公路、自动驾驶等道路基础设施数智化感知技术需求。
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