一種公路運輸投送信息化道路勘察設備的研究

胡平旺 張武軍 薄祥雷

摘 要：部隊在陌生區域組織長距離摩托化機動或運輸保障時，道路勘察是指揮員獲取道路信息情報的重要途徑。文中提出了一種道路勘察箱，可應用于部隊道路勘察領域，以提高部隊道路勘察的信息化程度和勘察效率。結合軍用CDMA、軍交運輸動態監控系統實現道路勘察數據處理共享，為指揮機關決策提供詳細道路信息及相關影像資料數據。

關鍵詞：運輸投送;道路勘察;遠程機動;信息化;航姿系統;勘察效率

中圖分類號：TP39;E231;U485文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）09-0-03

0 引 言

遠程機動能力是部隊完成多樣化軍事任務的重要保證，在陌生區域組織長距離摩托化機動或運輸保障，道路勘察是指揮員獲取道路信息的重要途徑。通過道路勘察獲得機動或運輸保障路線路面質量、車道數、道路寬度、坡度、彎度、橋梁載荷、隧道與涵洞凈空高度、收費站凈空高度、路障、道路交通狀況及道路周邊環境等方面有效情報是指揮機關正確下定決心、科學制定公路運輸投送方案的重要因素。傳統的部隊道路勘察缺乏有效技術手段，多數通過自制的簡易裝置依靠經驗測量或人工測量的方式進行，難以適應部隊快速機動能力的建設需要，為此我們研制了一種公路運輸投送信息化勘察設備—道路勘察箱，以提高部隊運輸投送道路勘察效率。

1 國內外研究現狀

1.1 美國現狀

目前國外已研制出多種民用道路數據采集系統用于數據采集和道路路面的圖象處理，如美國的LT-21001多功能道路檢測車，可采集高清數字圖像和曲率數據，GPS經度緯度數據可用于與GIS系統映射。采集的道路路況數據包括平整度、車轍、缺陷斷層、紋理以及裂縫和補坑等，被用于路面管理。

1.2 國內現狀

國內民用道路移動測量技術近年來發展迅速，武漢大學測繪與遙感重點實驗室與立得空間信息技術有限公司共同研發的移動道路測量系統可實現對道路及兩旁地物的空間數據以及實景圖片的快速采集。系統集成GPS全球定位、慣性導航、CCD測量等技術，數據通過專用軟件加工可生成能滿足不同需要的數據庫及電子地圖。目前國內研究的基于北斗和慣導結合的航姿系統已有實驗產品能滿足較長涵洞、隧道中的坡度、彎度測量等要求。

軍隊方面，目前部隊尚無用于道路勘察的專用設備，道路勘察費時、費力，信息無法共享。通過研制道路勘察箱來提高部隊道路勘察的勘察效率。結合軍用CDMA、后勤一體化指揮平臺、軍交運輸動態監控系統實現道路勘察數據處理共享。各勘察點的測量數據、照片與GIS相應的坐標點關聯，為指揮機關決策提供詳細道路信息及相關影像數據。裝備預計編配師以上軍交運輸部門。

2 工作原理

道路勘察箱主要采用雙目近景攝影測量法，利用衛星定位設備、慣導設備、CCD相機等設備快速采集道路立體影像對，依據近景三角測量原理在影像上進行相對幾何尺寸測量，同時由慣導設備輸出俯仰坡度和曲度。通過同步觸發器關聯位置信息、測量數據以及視頻數據等。

雙目測量模塊的兩個攝像頭參數（ 攝像頭的焦距f）相同且光心平行放于一條直線上，構成平行雙目立體攝影測量系統，該系統在行駛過程中拍攝沿線數字影像，通過影像解析來計算影像上可見的所有關注對象的空間大地坐標，攝影測量通過光線交會實現目標定位，原理如圖1所示。

當兩個攝像機同時拍攝圖像時，可以獲取同一場景的兩幅不同的圖像，通過三角測量原理計算圖像像素間的位置偏差，復原三維世界坐標中的深度信息。CCD攝像機的焦距為

f，b為兩攝像機的中心距離，P1（x1，y1）和P2（x2，y2）為目標點在兩成像平面內的成像點坐標。取兩攝像機鏡頭中心連線O1O2向右為Z軸正方向，連線中點O為世界坐標系的原點，垂直于X軸所在水平面向下為Y軸正方向，Z軸正方向為垂直于X軸所在平面離開攝像機指向目標點P的方向。根據三角測量原理，目標點的世界坐標為P（X，Y，Z），視差定義為d=|P1-P2|。由相似三角形關系可得：

可依據光心位置O1和成像位置計算被測點參數。通過數字攝影測量技術解算目標點的三維空間位置。通過三角測量原理獲取圖像上任何一點的坐標信息，或測量道路路面的幾何參數、道路要素幾何參數等。

定位定姿模塊采集北斗、慣導等傳感器數據，并經同步控制器處理為攝影平臺提供具體坐標位置和朝向信息。影像模塊采集數字影像，結合定位定姿模塊輸出的位置和方向進行數據加工和整合，為GIS系統提供具體的數據庫產品。這些數據包括影像數據、視頻數據、定位定姿數據，均能夠被及時加工，生成所需的專題數據，實現道路信息圖形圖像可視化管理。系統工作原理如圖2所示。

3 道路勘察箱技術實現

3.1 系統組成

道路勘察系統主要由承載分系統、定位分系統、成像分系統、數據傳輸分系統、控制分系統、后處理分系統以及應用分系統等組成。系統組成如圖3所示。

（1）主要硬件設備構成

道路勘察系統將BD2/GPS定位設備、慣性導航設備、立體相機、攝像頭、同步觸發器、工控電腦等綜合集成，能隨車運輸、易于安裝，具有集成度高、采集效率高等優點。道路勘察主要設備如圖4所示，道路勘察箱如圖5所示。

（2）系統軟件構成

道路勘察箱軟件主要由信息采集模塊、數據處理模塊和道路勘察信息管理模塊組成。信息采集模塊利用道路勘察設備采集道路的影像信息、坡度、斜度、彎度、涵洞凈空高、經緯度等信息。將采集的影像數據、視頻數據、地理位置數據實時存儲在軟件規定的路徑中;數據處理模塊主要利用立體幾何圖算法確定道路的幾何參數，并利用時間同步控制功能將道路信息與道路經緯度相關聯。解析讀取文件數據、影像數據后顯示BD坐標、角度、距離等數據，計算用戶測得的長度、寬度、高度等結果;道路勘察信息管理模塊對數據處理過的道路勘察信息進行管理，包括勘察任務信息管理、視頻信息管理、圖像信息管理、測量信息管理等。道路勘察信息管理軟件數據流程如圖6所示。