道路縱橫斷面測(cè)量是工程施工、道路設(shè)計(jì)等項(xiàng)目中必不可少的環(huán)節(jié)。隨著測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步，道路縱橫斷面測(cè)量精度越高，效率越快，這意味著項(xiàng)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(xiàng)目單位優(yōu)先應(yīng)用的技術(shù)手段。

項(xiàng)目背景

此次道路縱橫斷面測(cè)量項(xiàng)目位于安徽省境內(nèi)，需要對(duì)一段4.8公里長(zhǎng)、4米寬的一條防汛大堤，按照設(shè)計(jì)斷面圖進(jìn)行縱橫斷面測(cè)量，且高程精度要求中誤差10厘米以內(nèi)。

痛點(diǎn)分析

道路縱橫斷面測(cè)量通常使用全站儀、RTK、水準(zhǔn)儀等傳統(tǒng)測(cè)量方式，這些傳統(tǒng)測(cè)量方式都是單點(diǎn)接觸式測(cè)量，工作效率較低，加上天氣炎熱，白天作業(yè)時(shí)間短，因此采用傳統(tǒng)測(cè)量方式需要花費(fèi)5天作業(yè)時(shí)間，難以達(dá)到業(yè)主高效完成測(cè)量的需求。同時(shí)，本項(xiàng)目測(cè)區(qū)位于江水旁邊，測(cè)區(qū)內(nèi)有植被覆蓋，測(cè)量人員實(shí)地采集有困難，而且覆蓋區(qū)域有不明水面，使得傳統(tǒng)測(cè)量方式難以保障測(cè)量人員安全。

實(shí)施方案

根據(jù)測(cè)區(qū)實(shí)際情況，客戶采用機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行斷面測(cè)量，使用硬件為智喙PM-1500機(jī)載激光測(cè)量系統(tǒng)+Long150六旋翼無(wú)人機(jī)，同時(shí)配備了中海達(dá)RTK、地面工作站、安徽省CORS賬號(hào)各一個(gè)，以及電池若干組。

項(xiàng)目使用的智喙PM-1500機(jī)載激光測(cè)量系統(tǒng)擁有1500m超遠(yuǎn)測(cè)距能力，通過(guò)搭載在無(wú)人機(jī)平臺(tái)，可以無(wú)懼測(cè)區(qū)地物高落差，在實(shí)現(xiàn)大面積快速作業(yè)的同時(shí)，保障了測(cè)量人員的安全。此外，智喙PM-1500機(jī)載激光測(cè)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(cè)區(qū)被植被覆蓋的地表信息測(cè)量難題。

作業(yè)流程

1

外業(yè)數(shù)據(jù)采集

根據(jù)測(cè)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(guò)程、回收過(guò)程等步驟依次推進(jìn)，對(duì)防汛大堤進(jìn)行測(cè)量。作業(yè)人員操控Long150六旋翼無(wú)人機(jī)搭載智喙PM-1500機(jī)載激光測(cè)量系統(tǒng)用一個(gè)架次，耗時(shí)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(diǎn)云和高分辨率影像數(shù)據(jù)。

2

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

①激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理使用中海達(dá)數(shù)據(jù)融合軟件對(duì)激光點(diǎn)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(guò)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(jì)算機(jī)上。

2）基站GNSS數(shù)據(jù)、流動(dòng)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(guò)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(diǎn)云數(shù)據(jù)。通過(guò)高精度位置、高精度姿態(tài)和原始未處理點(diǎn)云聯(lián)合解算出擁有絕對(duì)投影坐標(biāo)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

▲左右滑動(dòng)查看解算后點(diǎn)云數(shù)據(jù)成果 4）航線導(dǎo)入，檢查點(diǎn)云質(zhì)量。通過(guò)檢查，激光點(diǎn)云成功穿透了植被，有效測(cè)量地面信息，且平面密度在200點(diǎn)每平方米。

▲點(diǎn)云密度圖

▲點(diǎn)云成果圖

②點(diǎn)云分類點(diǎn)云通過(guò)算法進(jìn)行地面點(diǎn)云分類處理，其中地面點(diǎn)空洞地區(qū)為房屋，然后建立數(shù)字高程模型。

▲部分地面點(diǎn)云通過(guò)高程渲染瀏覽

▲部分地面點(diǎn)云建立的數(shù)字高程模型

③生成縱橫斷面圖

在生成縱橫斷面圖之前，需要通過(guò)已知道路中心線和樁號(hào)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(dòng)提取程序。在程序參數(shù)設(shè)置中，起始累距為起點(diǎn)的樁號(hào)；邊線偏距為以中樁點(diǎn)位置左偏，右偏各70米。最后，縱橫斷面圖文件通過(guò)緯地道路軟件進(jìn)行自動(dòng)化矢量圖出圖。

▲左右滑動(dòng)查看縱橫斷面矢量化圖形

成果展示

通過(guò)Terrasolid軟件將dxf圖形和地面分類點(diǎn)云放在同一平臺(tái)顯示，并通過(guò)軟件命令將矢量圖形附和在點(diǎn)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(xiàng)目精度要求。縱橫斷面測(cè)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(cè)量方式更有優(yōu)勢(shì)。

▲左右滑動(dòng)查看縱橫斷面成果圖

項(xiàng)目總結(jié)

此次項(xiàng)目展現(xiàn)了機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)在開(kāi)展道路縱橫斷面測(cè)量時(shí)，擁有效率高、精度高、安全性高的優(yōu)勢(shì)。

效率高方面，利用智喙PM-1500機(jī)載激光測(cè)量系統(tǒng)，原本外業(yè)數(shù)據(jù)采集用傳統(tǒng)測(cè)量方式作業(yè)需要用時(shí)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(shí)，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(xiàng)目工期。

精度高方面，本項(xiàng)目通過(guò)利用地面點(diǎn)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(cè)量系統(tǒng)測(cè)的高程點(diǎn)與RTK測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精度完全可以滿足道路縱橫斷面的測(cè)量精度要求。

安全性高方面，通過(guò)Long150六旋翼無(wú)人機(jī)搭載智喙PM-1500機(jī)載激光測(cè)量系統(tǒng)可以獲取測(cè)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(xiǎn)，保障了測(cè)量人員安全。

審核編輯 ：李倩