地面三维激光扫描技术在道路工程测绘中的应用

地面三维激光扫描技术在道路 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 测绘中的应用 地面三维激光扫描技术在道路工程 测绘中的应用 马 利 谢孔振 白文斌 白建军 ( 100038) ，北京市测绘 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 研究院北京 ,, 、、、、摘 要为解决传统测量方式数据采集信息单一效率低占用大量人力体力劳动强度高道路 ，、———业风险大等缺点本文探讨了近年来在测绘考古等领域开始应用的一 种 高 新 科 技三维激光扫描 ，，本文重点介绍了三维激光扫描技术在国内的应用现状并与传统数据采集方式进行了比较结合应用实 ，，，三维激光扫描技术应用于道路工程测量运用这项技术进行外业数据采集并通过点云处理进行平面虚 、DEM 、、。，量建模等高线纵横断面等模型生成的过程在京通高速公路大修测绘工程中与传统全站仪数 ，。集进行了精度比较精度完全能够达到道路设计要求结果表明了三维激光扫描技术 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 能够克服传统 ，，。，方式缺点保证测绘数据质量能够提高作业效率同时在文章结尾也指出了现阶段将三维激光扫描技 。面应用于生产单位所存在的现实性问题 ,, ; ; ; ; 关键词道路工程测量地面三维激光扫描点云建模纵横断面 1007 ) 3000( 20110) 2P258B,,,,,,中图分类号文献标识码文章编号 ，，5 。近年来随着我国经济水平及测绘技术的提高口往往需要测量 米高程方格网 地面三维激光扫描作为一种现代高科技逐渐在测绘 ，利用传统的野外地形数据采集手段测，等领域得到研究与应用相比较于传统测绘手段的数 ，，作量会很大太多的地物点容易丢漏给设，据采集与处理方式地面三维激光扫描技术具有很多 ，，来问题另外由于道路上车辆较多作业员，无可替代的优点本文将研究这项技术在道路工程测 。风险很大那么有没有其它的测量手段来。绘中的应用 ?传统的作业方式呢 2 1 三维激光扫描技术简介市政道路工程的分类及对测绘内容的要求 2, 1 三维激光扫描技术发展概况 市政道路工程主要分为道路新建及道路大修两 。大类 三维激光扫描技术是近些年发展起来新建道路设计阶段需要测绘部门测绘设计线路 测绘技术比较发达的国家已经得到了比较1 /500 1 /1000 的 或 大比例尺地形图供设计单位使 ，用国内一些专家学者或测绘单位也已经做。用施工中线确定后要测绘对应设计中线各桩点的横 ，关的研究及尝试并取得了许多研究成果。断面数据及中线纵断面数据大比例尺地形图不仅作 、、内在文物考古文物保护水坝变形测量等，、为设计选线依据还要反映道路施工范围内的地物地 。、，。所应用形地貌供拆迁单位统计拆迁量及拆迁赔偿使用 、、 道路大修工程是指原有道路因路面开裂破损 三维激光扫描技术的出现是以三维激 、出现车辙以及公交车站及港湾交通标志需重新规划 ( 3D layser scanner) ，的诞生为代表目前许，等情况需要重新加铺改造的工程这种工程除了需测 厂商已经生产出不同类型的三维激光扫描，绘大比例尺现状地形图机总横断面测量以外还有一 按照扫描的空间位置或系统运行平台 ，个特点就是对地面上所有交通设施例如各类交通标 、以分为机载型三维激光扫描仪地面型三维、、、，志牌红绿灯公交车站道路上所有护栏甚至要求 、，仪手持型三维激光扫描仪三种类型常用、、对行车道上的分道线车辙隔离带上铺装范围及种 。、、程测量的扫描仪为地面三维激光扫描仪类各类管线检查井盖位置尺寸及高程都要准确地 。，在地形图中表示出来为准确确定加铺量设计人对 2, 2 与传统测量技术的区别 ，10 ，图面高程密度要求很高需要每 米测一组高程路 GPSR TK 传统测量数据采集是利用 与全 ，。合每次获取单点目标信息虽然操作简单方 ，、、手但因为测量速度慢采点密度不够易丢 ,, 2011 ) 03 ) 10收稿日期,, ( 1961—) ，，，，。作者简介马利男汉族北京人主要从事工程测量项目和技术管理工作 、在一些要求精度高对地物地貌要求高的工程中就显 。得力不从心而地面三维激光扫描则是利用激光测 ，、， 距原理水平垂直的全自动高精度布进式扫描测量 、、、从而得到完整的连续的全面的关联的全景点的三 【1】，，、、 维坐标能在较短的时间内高速精确地 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 ，获取景象的三维空间位置这些扫描数据通过电缆传 ，入电脑高密度的扫描数据点有序地排列于三维的虚 ，，。“”拟空间中成为带有坐标的影像图即点云 3 三维激光扫描作业 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 三维激光扫描作业流程主要分为外业数据采集 。和内业数据处理两大部分 3, 1 外业数据采集 外业数据采集包括标靶及控制点布设与测量和 1 图 数据采集与数据处理流程图，数据全景扫描两部分工作控制测量包括平面控制测 。将这些数据的剔除过程叫做数据滤波噪声数据，量和高程控制测量数据扫描包括三维激光扫描和标 、有用数据点云的区别在于噪声数据是不连续的无。靶三维坐标测量 、。律的比较稀疏而杂乱利用这一特点可以将噪声3, 1, 1 标靶与控制点布设及测量 在外业数据采 。据剔除，集时由于三维激光扫描仪的测程 如果认为所采集到的点云数据或者局部数据，是有限的同时扫描仪与被扫描目标所形成的夹角不 ，对于工程本身过于密集还可以对数据进行抽隙，，同的情况下的空间分辨率是不一样的夹角越小分 ，。理这种方式也称作去冗; ，; 辨率越低对于不同的扫描距离点的精度也不同另 3, 2, 2点云拼接，外还存在有障碍物不能通视的情况因此通常一条道 ，把从各个测站上扫描得到的点云数据通过设。路的测量工作需要在很多测站来完成那么不同测站 ，在测站重叠处不规则的标靶拟合而拼接在一起这，，的测量数据拼接到一起就需要标靶来完成因此根据 。、过程叫做点云拼接利用已经布设测量过的控制，3 扫描仪测程需要在各相邻测站重合的位置布设 个 ，三维坐标将拼接后的点云纳入到我们所使用的平，。以上形成不规则图形的标靶以供点云拼接需要 。直角坐标系中GPS 控制点的平面坐标测量可以使用 测量或者全 3, 2, 3 平面虚拟测量 ，。站仪测量高程可以使用水准仪或者三角高程测量 ，点云数据只是由大量三维信息的点位组成还 3, 1, 2确定采样间隔开始扫描 CCD ，要结合由 相机所拍摄的真彩色影像前者保 ，，采样间隔的设置很重要采样间隔太大给后期 ( DSM)， 而影像数据则保证了边了表面模型的数据; ，的数据处理精度造成影响采样间隔太小则采集到 ( Edges) ( Corner) 。和角落的信息完整和准确通过，、的点云数据量庞大给数据的传输保存以及后期的 ，动化的软件平台用获取的点云数据结合相机获取。数据处理带来很大的麻烦 ，影像信息对模型进行纹理细节的描述例如道路 ，30 :通视条件好的情况下每站的扫描距离为 、、、、、线车站房屋灯杆检查井雨水口等需要表示的50 ，，米保证相邻测站间有一定的点云重叠区域如通 ，息把这些信息判读出来以后按照常规测量地形图，，视条件不好则应选择适当位置增加扫描站数直至 ，图示表示出来标注相应比例尺密度的高程点信息。需要测量的目标全部扫描完成 ，。特征点高程信息则形成了我们所需要的地形图 3, 2 内业数据处理 3, 2, 4 DEM ，、建立 模型生成等高线纵横断面图 ，经过外业扫描到的三维点云数据量非常大既包 经过处理的点云是由高密度的三维离散点阵组 ，、、含有用的数据也包含车辆行人树叶等等无用的数 将这些空间点利用软件平台生成连续的不规则三角，，。据这些无用的数据称之为噪声数据这些数据量庞 ( TIN) ，，进而生成等高线并且可以根据需要设置等 。大的点云必须要经过处理才能被利用从点云到测绘 。线间距将带有桩号的设计中线插入到固定坐标系 、、、成果的实现包括点云拼接数据滤波数据抽隙虚拟 TIN ，的 模型当中根据设计要求的中线断面间距及、DEM 、。1 。测量建模纵横断面图生成如图 所示 ，个横断面宽度即可生成所需要的任意纵横断面图 3, 2, 1、数据滤波抽隙4 三维激光扫描仪在道路工程中的应用 ，、、，在数据采集中由于车辆行人树木等因素的影响4, 1 在京通高速路大修工程中的应用 ，，采集到了很多无用的数据这些数据称作噪声数据 ，高速公路大修工程的特点是道路正在使用 。，辆不能断流如果利用常规测量方法需要上路测 ，，量作业员来回穿行高速公路需站在路面上测量大 ，。量高程点存在很大的风险 ，，、另外由于路面使用了很多年才在大量开裂破 ，，损现象为了使地形图能准确反映道路现状设计要 10 ，求每 米测量一组高程然后提供中央隔离带两侧 ，10 路面上的两条纵断面图形并且分别提供每 米一 。组横断面图形 2 图 ，考虑到风险的存在以及工作量极大我们在此工 。程中利用三维激光扫描仪进行作业 ，沿京通高速公路最外侧紧急停车带设立测站对 ，Leica Syclone 测量范围内的目标进行扫描利用 软件 。: 进行数据拼接拼接精度为靶标拼接最大误差为 8mm，10mm。点云拼接的最大误差为 拼接后的部分 2、3。点云见图 图 ，，利用经过处理后的点云进行平面虚拟测量绘制出 、、、道路边线中央隔离带路中央的八通线轻轨车 站过街 ，天桥等地物还能采集到几乎任意位置的平面和高程信 3 图 。1 /500 4。息绘制出的部分路段 平面地形图见图 4 图 京通高速部分路段平面图 ———，同时利用传统测量方式符合水准线路测量然后将抽隙了的数据作为原始数据利 82 ， 了 个相同位置的点位高程与三维激光扫描成果tion Geopak TIN 和 专业软件生成三角网模 型 ，。中心即可生成设计所需要的纵横断面图形，,,/ n 0, 011m。进行比较其中误差 ΔΔ为 槡 5 图 京通高速部分横断面图 4, 2 在山区道路地形图测量中的应用，。每个角落需要付出很大的人力 本工程中选用了三维激光扫描技术进行作业 108 150 国道工程需测量设计道路中线两侧各 米 / 500 。1 的比例尺地形图测区基本为重丘区和山区 ，1CM。采集到的点云进行拼接标靶拼接误差小于 ，， 的结合利用传统测量方法作业员需要跑遍测区的 ，6 。过建模生成等高线部分成品图如图 所示 6 108 ()图 国道地形图部分 ，相信随着技术的发展企业生产成本的降低 5 结论 “”维激光扫描技术这种所见即所得的测量方 地面三维激光扫描技术能够快速地获取高密度 式必 、、、、、、在道路工程测量文物模具军事航天石化医，、高精度的目标空间信息具有扫描速度快数据信息 ，交通等领域得到广泛应用这项高端技术将是继 、、、量大精度高采集过程安全简单节省人力并且具有 ,2,。之后在测绘领域的又一重大革命 ，、强大的数据后处理能力几乎可以提供任何位置任 ，何细节的信息作业成果完全能满足道路工程设计和 参考文献。，施工的需要但通过实践我们发现地面三维激光扫 ,1,Cao ZhenyuQ ua, 3 )D Geometca Modeng，iHrilli: 描技术的应用也存在以下不足数据采集过程当中受 Highway ,J,, Raiway nvestigation And SurverilI，; 现场条件限制较多如山区植被较多数据后处理较 2004 ( 2,) ，，复杂外业完成后需要较长时间的数据处理耽误后 ,2,，，, 闫利崔晨风张毅三维激光扫描技术应用于高精; ，续工程的人员投入仪器设备昂贵现阶段一个生产 J, 2007( 4) :5 4 : 5,,，断面线生成的研究遥感应用单位完全由传统测量方式向三维激光扫描测量方式 。转型不太现实 Application of Terrestrial 3D Laser Scanning in Road Engineering Survey MA Li XIE Kong-zhen BAI Wen-bin BAI Jian-jun ( Beijing Institute of Surveying and Mapping，Beijing 100038，China) Abstract: Traditional survey techniques are increasingly difficult to meet the demands because theonyl yno becomt es imple ineffective when gathering field data，but also consumem assive manpower andh igh labour intensity, Moreover，it is dange when working on road, This article mainly introduces the currents ituation of 3D laser scanning in China comparedw ith the tr tona data) g atheng methods，anda ppcaton of 3D ase scannng to road negneeng survey aws e, The technque s use ilriliilriirillii gather ifeld data, Virtual level survey，DEM modeling，contour and vertical and cross section models are generated byo pint cl data processng, 3D aser scannng s usedin Jngtong Hghway mantenance survey，the accuracy can meet rtehqeu rementiliiiiii gathering data when comparweithd the traditional total station data collection method, The technique can overcome thseh ortc ings of traditional survey methods，meet theua lqity requirements and improve efficiency, The article also points out the diffities of using 3D laser scanning generally in production departments, Key words: road engineering eurvey; t errestrial 3D laser scanning ; point cloud; modeling; vertical and cross section