一種道路縱橫斷面測量的高效方法，效率提升5倍以上!
發(fā)布時間：2022-09-19 11:12:27
道路縱橫斷面測量是工程施工、道路設(shè)計等項目中必不可少的環(huán)節(jié)。隨著測量技術(shù)的進(jìn)步，道路縱橫斷面測量精度越高，效率越快，這意味著項目工程質(zhì)量和成本管控越有保障。因此，能夠穿透植被，快速、準(zhǔn)確、安全地獲取道路縱橫斷面的機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)，成為項目單位優(yōu)先應(yīng)用的技術(shù)手段。
項目背景
此次道路縱橫斷面測量項目位于安徽省境內(nèi)，需要對一段4.8公里長、4米寬的一條防汛大堤，按照設(shè)計斷面圖進(jìn)行縱橫斷面測量，且高程精度要求中誤差10厘米以內(nèi)。
痛點分析
道路縱橫斷面測量通常使用全站儀、RTK、水準(zhǔn)儀等傳統(tǒng)測量方式，這些傳統(tǒng)測量方式都是單點接觸式測量，工作效率較低，加上天氣炎熱，白天作業(yè)時間短，因此采用傳統(tǒng)測量方式需要花費5天作業(yè)時間，難以達(dá)到業(yè)主高效完成測量的需求。同時，本項目測區(qū)位于江水旁邊，測區(qū)內(nèi)有植被覆蓋，測量人員實地采集有困難，而且覆蓋區(qū)域有不明水面，使得傳統(tǒng)測量方式難以保障測量人員安全。
實施方案
根據(jù)測區(qū)實際情況，客戶采用機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行斷面測量，使用硬件為智喙PM-1500機(jī)載激光測量系統(tǒng)+Long150六旋翼無人機(jī)，同時配備了中海達(dá)RTK、地面工作站、CORS賬號各一個，以及電池若干組。
▲Long150六旋翼無人機(jī)搭載智喙PM-1500機(jī)載激光測量系統(tǒng)
項目使用的智喙PM-1500機(jī)載激光測量系統(tǒng)擁有1500m超遠(yuǎn)測距能力，通過搭載在無人機(jī)平臺，可以無懼測區(qū)地物高落差，在實現(xiàn)大面積快速作業(yè)的同時，保障了測量人員的安全。此外，智喙PM-1500機(jī)載激光測量系統(tǒng)擁有最高4次回波，可以穿透植被反饋地表信息，解決了測區(qū)被植被覆蓋的地表信息測量難題。
作業(yè)流程
1、外業(yè)數(shù)據(jù)采集
根據(jù)測區(qū)的地形起伏，該環(huán)節(jié)按航線規(guī)劃、飛行前準(zhǔn)備、飛行過程、回收過程等步驟依次推進(jìn)，對防汛大堤進(jìn)行測量。作業(yè)人員操控Long150六旋翼無人機(jī)搭載智喙PM-1500機(jī)載激光測量系統(tǒng)用一個架次，耗時30分鐘完成了外業(yè)數(shù)據(jù)采集的工作，獲得了防汛大堤高精度激光雷達(dá)點云和高分辨率影像數(shù)據(jù)。
▲設(shè)備安裝
2、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理
?、偌す恻c云數(shù)據(jù)預(yù)處理
使用中海達(dá)數(shù)據(jù)融合軟件對激光點云進(jìn)行數(shù)據(jù)解算，流程如下。
1)原始數(shù)據(jù)下載到本地。通過網(wǎng)線將飛機(jī)上的激光原始數(shù)據(jù)和GNSS衛(wèi)星數(shù)據(jù)以及基準(zhǔn)站GNSS衛(wèi)星數(shù)據(jù)下載到本地計算機(jī)上。
2)基站GNSS數(shù)據(jù)、流動站GNSS數(shù)據(jù)和慣導(dǎo)IMU數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合結(jié)算。通過飛機(jī)上衛(wèi)星的GNSS數(shù)據(jù)、IMU慣導(dǎo)數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)站GNSS數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合解算得到高精度位置信息和高精度姿態(tài)信息。
▲聯(lián)合結(jié)算結(jié)果
3)解算點云數(shù)據(jù)。通過高精度位置、高精度姿態(tài)和原始未處理點云聯(lián)合解算出擁有絕對投影坐標(biāo)的點云數(shù)據(jù)。
▲左右滑動查看解算后點云數(shù)據(jù)成果
4)航線導(dǎo)入，檢查點云質(zhì)量。通過檢查，激光點云成功穿透了植被，有效測量地面信息，且平面密度在200點每平方米。
▲點云密度圖
▲點云成果圖
?、邳c云分類
點云通過算法進(jìn)行地面點云分類處理，其中地面點空洞地區(qū)為房屋，然后建立數(shù)字高程模型。
▲部分地面點云通過高程渲染瀏覽
▲部分地面點云建立的數(shù)字高程模型
?、凵煽v橫斷面圖
在生成縱橫斷面圖之前，需要通過已知道路中心線和樁號調(diào)整路線前進(jìn)方向，以及拾取中樁位置坐標(biāo)。之后，使用道路中線DWG格式文件，DEM數(shù)字高程模型TIF32位，中樁坐標(biāo)位置導(dǎo)入到道路DEM橫縱斷面自動提取程序。在程序參數(shù)設(shè)置中，起始累距為起點的樁號;邊線偏距為以中樁點位置左偏，右偏各70米。最后，縱橫斷面圖文件通過緯地道路軟件進(jìn)行自動化矢量圖出圖。
通過Terrasolid軟件將dxf圖形和地面分類點云放在同一平臺顯示，并通過軟件命令將矢量圖形附和在點云類的數(shù)字高程模型上，得到了整段道路的縱橫斷面成果圖，且高程精度優(yōu)于10厘米，滿足項目精度要求?？v橫斷面測量成果得到了客戶的認(rèn)可，肯定機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)在工作效率和人員安全保障方面比傳統(tǒng)測量方式更有優(yōu)勢。
項目總結(jié)
此次項目展現(xiàn)了機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)在開展道路縱橫斷面測量時，擁有效率高、精度高、安全性高的優(yōu)勢。
效率高方面，利用智喙PM-1500機(jī)載激光測量系統(tǒng)，原本外業(yè)數(shù)據(jù)采集用傳統(tǒng)測量方式作業(yè)需要用時5天，縮減至30分鐘，且一天內(nèi)輸出成果，作業(yè)效率提升5倍以上。同時，機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)將大部分工作轉(zhuǎn)移到了室內(nèi)，極大地縮短了項目工期。
精度高方面，本項目通過利用地面點云數(shù)據(jù)繪制道路縱橫斷面，并將智喙PM-1500機(jī)載激光測量系統(tǒng)測的高程點與RTK測量點進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)點云數(shù)據(jù)的精度完全可以滿足道路縱橫斷面的測量精度要求。
安全性高方面，通過Long150六旋翼無人機(jī)搭載智喙PM-1500機(jī)載激光測量系統(tǒng)可以獲取測量人員難以達(dá)到區(qū)域的地形數(shù)據(jù)，降低了野外作業(yè)風(fēng)險，保障了測量人員安全。
文章內(nèi)容來源：中海達(dá)
項目背景
此次道路縱橫斷面測量項目位于安徽省境內(nèi)，需要對一段4.8公里長、4米寬的一條防汛大堤，按照設(shè)計斷面圖進(jìn)行縱橫斷面測量，且高程精度要求中誤差10厘米以內(nèi)。
▲作業(yè)區(qū)的防汛大堤
痛點分析
道路縱橫斷面測量通常使用全站儀、RTK、水準(zhǔn)儀等傳統(tǒng)測量方式，這些傳統(tǒng)測量方式都是單點接觸式測量，工作效率較低，加上天氣炎熱，白天作業(yè)時間短，因此采用傳統(tǒng)測量方式需要花費5天作業(yè)時間，難以達(dá)到業(yè)主高效完成測量的需求。同時，本項目測區(qū)位于江水旁邊，測區(qū)內(nèi)有植被覆蓋，測量人員實地采集有困難，而且覆蓋區(qū)域有不明水面，使得傳統(tǒng)測量方式難以保障測量人員安全。
實施方案
根據(jù)測區(qū)實際情況，客戶采用機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行斷面測量，使用硬件為智喙PM-1500機(jī)載激光測量系統(tǒng)+Long150六旋翼無人機(jī)，同時配備了中海達(dá)RTK、地面工作站、CORS賬號各一個，以及電池若干組。
▲Long150六旋翼無人機(jī)搭載智喙PM-1500機(jī)載激光測量系統(tǒng)
項目使用的智喙PM-1500機(jī)載激光測量系統(tǒng)擁有1500m超遠(yuǎn)測距能力，通過搭載在無人機(jī)平臺，可以無懼測區(qū)地物高落差，在實現(xiàn)大面積快速作業(yè)的同時，保障了測量人員的安全。此外，智喙PM-1500機(jī)載激光測量系統(tǒng)擁有最高4次回波，可以穿透植被反饋地表信息，解決了測區(qū)被植被覆蓋的地表信息測量難題。
作業(yè)流程
1、外業(yè)數(shù)據(jù)采集
根據(jù)測區(qū)的地形起伏，該環(huán)節(jié)按航線規(guī)劃、飛行前準(zhǔn)備、飛行過程、回收過程等步驟依次推進(jìn)，對防汛大堤進(jìn)行測量。作業(yè)人員操控Long150六旋翼無人機(jī)搭載智喙PM-1500機(jī)載激光測量系統(tǒng)用一個架次，耗時30分鐘完成了外業(yè)數(shù)據(jù)采集的工作，獲得了防汛大堤高精度激光雷達(dá)點云和高分辨率影像數(shù)據(jù)。
▲設(shè)備安裝
2、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理
?、偌す恻c云數(shù)據(jù)預(yù)處理
使用中海達(dá)數(shù)據(jù)融合軟件對激光點云進(jìn)行數(shù)據(jù)解算，流程如下。
1)原始數(shù)據(jù)下載到本地。通過網(wǎng)線將飛機(jī)上的激光原始數(shù)據(jù)和GNSS衛(wèi)星數(shù)據(jù)以及基準(zhǔn)站GNSS衛(wèi)星數(shù)據(jù)下載到本地計算機(jī)上。
2)基站GNSS數(shù)據(jù)、流動站GNSS數(shù)據(jù)和慣導(dǎo)IMU數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合結(jié)算。通過飛機(jī)上衛(wèi)星的GNSS數(shù)據(jù)、IMU慣導(dǎo)數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)站GNSS數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合解算得到高精度位置信息和高精度姿態(tài)信息。
▲聯(lián)合結(jié)算結(jié)果
3)解算點云數(shù)據(jù)。通過高精度位置、高精度姿態(tài)和原始未處理點云聯(lián)合解算出擁有絕對投影坐標(biāo)的點云數(shù)據(jù)。
▲左右滑動查看解算后點云數(shù)據(jù)成果
4)航線導(dǎo)入，檢查點云質(zhì)量。通過檢查，激光點云成功穿透了植被，有效測量地面信息，且平面密度在200點每平方米。
▲點云密度圖
▲點云成果圖
?、邳c云分類
點云通過算法進(jìn)行地面點云分類處理，其中地面點空洞地區(qū)為房屋，然后建立數(shù)字高程模型。
▲部分地面點云通過高程渲染瀏覽
▲部分地面點云建立的數(shù)字高程模型
?、凵煽v橫斷面圖
在生成縱橫斷面圖之前，需要通過已知道路中心線和樁號調(diào)整路線前進(jìn)方向，以及拾取中樁位置坐標(biāo)。之后，使用道路中線DWG格式文件，DEM數(shù)字高程模型TIF32位，中樁坐標(biāo)位置導(dǎo)入到道路DEM橫縱斷面自動提取程序。在程序參數(shù)設(shè)置中，起始累距為起點的樁號;邊線偏距為以中樁點位置左偏，右偏各70米。最后，縱橫斷面圖文件通過緯地道路軟件進(jìn)行自動化矢量圖出圖。
通過Terrasolid軟件將dxf圖形和地面分類點云放在同一平臺顯示，并通過軟件命令將矢量圖形附和在點云類的數(shù)字高程模型上，得到了整段道路的縱橫斷面成果圖，且高程精度優(yōu)于10厘米，滿足項目精度要求?？v橫斷面測量成果得到了客戶的認(rèn)可，肯定機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)在工作效率和人員安全保障方面比傳統(tǒng)測量方式更有優(yōu)勢。
項目總結(jié)
此次項目展現(xiàn)了機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)在開展道路縱橫斷面測量時，擁有效率高、精度高、安全性高的優(yōu)勢。
效率高方面，利用智喙PM-1500機(jī)載激光測量系統(tǒng)，原本外業(yè)數(shù)據(jù)采集用傳統(tǒng)測量方式作業(yè)需要用時5天，縮減至30分鐘，且一天內(nèi)輸出成果，作業(yè)效率提升5倍以上。同時，機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)將大部分工作轉(zhuǎn)移到了室內(nèi)，極大地縮短了項目工期。
精度高方面，本項目通過利用地面點云數(shù)據(jù)繪制道路縱橫斷面，并將智喙PM-1500機(jī)載激光測量系統(tǒng)測的高程點與RTK測量點進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)點云數(shù)據(jù)的精度完全可以滿足道路縱橫斷面的測量精度要求。
安全性高方面，通過Long150六旋翼無人機(jī)搭載智喙PM-1500機(jī)載激光測量系統(tǒng)可以獲取測量人員難以達(dá)到區(qū)域的地形數(shù)據(jù)，降低了野外作業(yè)風(fēng)險，保障了測量人員安全。
文章內(nèi)容來源：中海達(dá)
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