一种新型高速公路改扩建勘测方法研究_付文群.pdf
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1、运输经理世界道路工程与技术0引言随着经济社会的快速发展,中部地区高速公路的车流量日益增长,通车容量趋于饱和,迫切需要开展改扩建工作。在高速公路改扩建总体设计和平纵面拟合设计中,桥梁、隧道、互通立交、服务区等重要节点是平纵面拟合设计的关键控制因素,而原有路面平面及高程数据的精度将直接影响平纵面拟合设计中需要考虑的路面结构方案、桥梁路基的加宽方案,如果桥梁路段的高程数据不准确,将直接影响桥梁拼接的标高,同时由于桥面铺装的厚度变化也会影响原有桥梁的结构安全,因此,原有高速公路平面及高程数据是平纵面拟合设计的重要基础数据,是高速公路改扩建设计的重要前提,测量数据的精度将直接影响项目设计方案、工程质量和
2、工程造价。此外,由于测区交通流量大、货车比例较高,如何在不中断交通的情况下,高精度、高效率地完成原有路面平纵面基础数据的采集成为相关研究人员亟待研究的新的重要课题。传统的勘测方法主要包括工程测量法和数码航空摄影测量法两种。然而,工程测量法需要外业测量人员在高速公路上作业,如果为保证安全临时封闭高速公路,则会对高速公路的运营造成较为严重的影响;如果不封闭,则测绘人员的作业安全难以保证,也容易引起次生灾害,存在极大的安全隐患;此外,工程测量法还存在成本高、工作量大、周期长和劳动强度大等诸多缺陷。传统数码航空摄影测量法,自动化程度较低,且提取的地形高程精度较差,不能满足交通设计部门2cm 的高程精度
3、要求。因此,如何既保证勘测成果满足公路设计的要求,又能保证外业测量人员作业安全、不影响高速公路运营、缩短开发周期,成为相关研究人员亟待解决的问题。集成了三维激光雷达、IMU、GPS、全景相机等多种传感器的车载移动测量系统,能够在移动的过程中获取目标对象的激光点云数据,在内业解算过程中,基于 GPS 和 IMU 提供的位置、姿态数据以及各个传感器之间的严格标定参数,即可获得绝对坐标系下的激光点云。该移动测量系统具有测量速度快、精度高、激光点密度大、主动测量无须人员上路等优点,为高速公路改扩建勘测提供了一种新的可能。本文以 G45高速公路吉安至南康段改扩建工程为例进行研究,详细阐述了提高原有高速公
4、路平面及高程数据精度的整体解决方案,并对采用该方案获得的数据精度进行了评定,可为同类型的高速公路改扩建勘测工程提供借鉴。1提高数据精度的整体解决方案提高原有高速公路平面及高程数据精度的主要措施为:采用车载移动测量的方式、选择合适的标靶形状及材质、调整标靶位置及间距、优化标靶的平面及高程的测量方式、校核测量等。整体解决方案为:在不封闭高速公路的情况下,在高速公路应急车道上布设地面标靶控制点,并获取其三维空间坐标,然后,进行车载移动测量,获取三维激光点云等数据,以地面标靶控制点坐标为参考,对解算后的激光点云进行数据处理,获取平面精度应优于5cm、高程精度优于2cm,最后,再从点云中提取高速公路设计
5、所需的点线要素。1.1 测区概况测区为 G45 高速公路吉安至南康段,高速公路主一种新型高速公路改扩建勘测方法研究付文群1、李俊峰2(1.江西省交通设计研究院有限公司,江西 南昌 330052;2.宁波市测绘设计研究院,浙江 宁波 315042)摘 要:高速公路平面及高程数据精度在改扩建平纵面拟合设计中至关重要。为了解决传统测绘技术在高速公路改扩建勘测领域应用中存在的诸多问题,详细分析提高数据精度的整体解决方案,提供一种高速公路改扩建勘测方法车载移动测量,该方法可以提升作业的安全性,降低项目成本,缩短开发周期,提高产品的精度,试验结果满足点云高程精度优于2cm的高速公路设计要求,提出问题分析及
6、优化措施,可为同类型的工程提供参考。关键词:高精度;车载移动测量;标靶;激光点云;改扩建中图分类号:U412.2文献标识码:A4运输经理世界道路工程与技术线单侧为两车道,共计 145km,作为国家高速公路网的南北大通道,测区交通流量大,现场通行的大货车数量比较多,有些路段存在分区养护的情况,所以只能单侧道路通行车辆,这就使得现场安全性受到影响;同时测量区域内有三个隧道,出口部位有峡谷地点,对于车载移动测量水平造成不利的影响,也会对系统的 GPS 信号接收产生影响。此外,在现场分布着比较多的灌木林、山地等,对于项目的信号采集产生负面影响。1.2 标靶形状及材质的选择为了满足车载激光点云高程精度要
7、求,在现场的测量环节要按照规定间距布置标靶点,主要包含激光点云校正点与检查点。为了保证精度,地面标靶控制点样式应如图 1 所示,为了提高标靶点在点云中的识别度,保证在后期处理时拟合或者捕捉到的特征点尽可能准确,通过反复试验,最终选用地面标志反光漆作为标靶材质1。图 1 标靶点样式示意图1.3 标靶点布设地面标靶控制点沿高速公路两侧应急车道交错布设。标靶点应布设在地面平坦的位置,并尽可能布设在应急车道外沿,以保证作业人员安全。标靶控制点间距在主线、隧道进出口、匝道及互通、桥梁上分别设计为 300m、100m、100m、300m,且在桥梁的起止点必须布设标靶点,获取地面标靶控制点的三维空间坐标具体
8、为:平面坐标采用 GPS RTK 测量方式,高程测量采用四等水准测量。现场观测工作应用三脚架,独立测量 2 次,两参数的偏差在3cm 以内,计算平均数得出最终结论。在高程计算分析中,以四等水准观测标准为基础进行。1.4 车载移动测量系统G45 高速公路吉安至南康段扫描拟采用的车载移动测量系统为 AS900,系统由面阵激光扫描仪、惯导IMU、GNSS、里程计和全景相机等传感器通过严格标定形成刚体,如图 2 所示,其主要技术参数指标如表 1所示。在开展数据采集之前,应对车载移动激光扫描设备进行检校,以保证各主要传感器之间的相对位置关系精确,从而保证原始数据的采集精度2。车载移动测量系统能够在车辆行
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