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機載激光雷達系統用于復雜地形公路縱橫斷面測量的案例詳解-華測導航

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      機載激光雷達系統用于復雜地形公路縱橫斷面測量的案例詳解
      作者:    時間: 2019-05-23    瀏覽量:1575
      以前人們總說:要想富,先修路,隨著經濟社會發展,這句話有了新版本:修路又好又快,經濟才能跑起來。傳統的公路測量由于數據獲取模式單一、自動化程度低、勞動強度大、工作效率低等弊端,已不能滿足新時代公路建設的新要求。

      后來的GPS-RTK技術,與傳統測量技術相比,雖然在一定程度上降低了外業勞動強度,但仍需要測量人員在測區多次布點,逐點測量,而且地形復雜的區域,還會面臨難以到達和人員安全等問題。

      最近的廣西東蘭至都安大興公路項目中,作業人員就對此深有感觸。我們來看看項目的情況吧!


      廣西東蘭至都安大興公路項目

      本次項目的地理位置


      東蘭至都安大興公路(大化段)全線約30公里,分為兩個標段,本次項目起始設計里程為K15+900-K30+622.488,由河池市大化縣板升鄉嶺干上起始,經過弄常保、下峒止于弄沙附近,地形相對高差約600米。


      測區分為兩段

      測區分為兩段


      測區位于廣西河池大化縣七百弄地質公園附近,這里植被茂密,地形崎嶇,屬于測量中的特困難地帶。項目原本打算用RTK做縱橫斷面測量及一些調查,但當項目進行到K16公里的時候就遇到了困難。


      這么多方案都被否了之后,項目組決定后半段用AS-300HL機載雷達測量系統試試。


      AS-300HL機載雷達測量系統

       AS-300HL機載雷達


      大體思路是,先使用機載AS-300HL多平臺激光雷達測量系統快速獲取沿線高精度激光點云數據,再配以專業的數據處理軟件,得到項目成果,具體操作如下:

      一、數據外業采集
      在測量過程中,要將激光雷達系統上的POS系統與外部參考站的數據進行同步觀測,并在測量完成后聯合解算。該設備安裝簡單,并可以用手持端對激光雷達進行參數設置。


      遠程控制終端界面

      遠程控制終端界面


      二、數據內業預處理
      數據內業預處理主要包括基站數據轉換、POS數據處理、激光點云解算、精度驗證,生成具有三維地理空間坐標的激光點云,為后期的縱橫斷面測量應用提供數據基礎。
      解算后的點云效果如下圖所示:

      點云成果

      點云成果

      三、數據內業后處理
      到這一步,其實就離成果很接近了,我們采用華測自研的點云綜合處理軟件CoPrecess,依次進行點云數據的去噪、地面點分類處理,然后自動提取縱橫斷面點。
      1.點云去噪
      (小貼士:為什么要點云去噪?因為在點云的實際測量過程中受到各種人為或環境因素的影響,使得測量結果包含噪聲。噪聲會影響后續數據處理的時間和質量,因此需要在濾波前降低或消除噪聲。)

      CoPrecess軟件可提供孤立點濾波,如下圖所示:

      CoPrecess軟件可提供孤立點濾波

       點云去噪


      2.地面點分類

      (小貼士:地面點分類是干什么的?目的是將地面點進行分類,過濾掉植被、房屋等非地面點。

      用CoPrecess軟件分類后的點云更加精細

      用CoPrecess軟件分類后的點云更加精細


      3.自動提取縱橫斷面點
      最后一步了,還是用CoPrecess軟件,它的道路設計模塊支持dxf、txt和dat格式中樁文件的導入并可根據中樁文件自動提取道路橫、縱斷面特征點,如下圖:


      導入中樁數據

      導入中樁數據


      軟件可按照坡度、等距以及高程差三種方式提取橫斷面特征點以及對斷面范圍進行設置,有效地提取反映真實地形信息的特征點,準確地獲取變化點的位置。


      斷面生成

      斷面生成

       斷面生成

       斷面生成


      四、項目成果
      本項目自2019年01月23日開工至2019年01月30日完工,前后僅一周時間。獲得的成果如下:
      1. 約17公里的激光雷達點云數據
      2. 16.262公里縱斷面DMX文件
      3. 16.262公里橫斷面HDM文件
       
      無論是在作業效率上,還是成果的質量和可視化程度上,AS-300HL機載雷達測量系統,都要遠遠超過傳統測量方式。尤其是CoPrecess軟件還貼心的提供橫斷面方向修改功能,當客戶需要適當調整橫斷面角度或者中樁位非常近的時候出現斷面線交叉的情況,可直接輸入旋轉角度進行調整。

      交叉調整前后對比

      交叉調整前后對比

      整體調整(順時針30°)前后對比

      整體調整(順時針30°)前后對比


      生成的橫斷面可通過切片視圖進行檢查和移動、刪除、增加等編輯,防止地形特征點的丟失,生成切片視圖時可設置切片厚度、長度和切片點大小。


      切片視圖

      切片視圖


      五、項目總結
      用機載雷達做公路測量的主要優勢在于:
      1. 激光雷達對薄云和植被有一定的穿透能力,若只需獲取激光點云數據,其航飛作業對天氣要求較低,可在陰天甚至夜間作業,縮短數據獲取周期。
      2. 采用高精度、高密度的雷達點云數據提取縱橫斷面,具有自動化程度高、精度高、速度快等優勢。
      3.安全性更高,并能極大地減少外業花費的人力、物力,大幅提高工作效率。在地形復雜、外業實測人員很難安全到達區域,機載雷達的優勢更加明顯。


      以前人們總說:要想富,先修路,隨著經濟社會發展,這句話有了新版本:修路又好又快,經濟才能跑起來。傳統的公路測量由于數據獲取模式單一、自動化程度低、勞動強度大、工作效率低等弊端,已不能滿足新時代公路建設的新要求。

      后來的GPS-RTK技術,與傳統測量技術相比,雖然在一定程度上降低了外業勞動強度,但仍需要測量人員在測區多次布點,逐點測量,而且地形復雜的區域,還會面臨難以到達和人員安全等問題。

      最近的廣西東蘭至都安大興公路項目中,作業人員就對此深有感觸。我們來看看項目的情況吧!


      廣西東蘭至都安大興公路項目

      本次項目的地理位置


      東蘭至都安大興公路(大化段)全線約30公里,分為兩個標段,本次項目起始設計里程為K15+900-K30+622.488,由河池市大化縣板升鄉嶺干上起始,經過弄常保、下峒止于弄沙附近,地形相對高差約600米。


      測區分為兩段

      測區分為兩段


      測區位于廣西河池大化縣七百弄地質公園附近,這里植被茂密,地形崎嶇,屬于測量中的特困難地帶。項目原本打算用RTK做縱橫斷面測量及一些調查,但當項目進行到K16公里的時候就遇到了困難。


      這么多方案都被否了之后,項目組決定后半段用AS-300HL機載雷達測量系統試試。


      AS-300HL機載雷達測量系統

       AS-300HL機載雷達


      大體思路是,先使用機載AS-300HL多平臺激光雷達測量系統快速獲取沿線高精度激光點云數據,再配以專業的數據處理軟件,得到項目成果,具體操作如下:

      一、數據外業采集
      在測量過程中,要將激光雷達系統上的POS系統與外部參考站的數據進行同步觀測,并在測量完成后聯合解算。該設備安裝簡單,并可以用手持端對激光雷達進行參數設置。


      遠程控制終端界面

      遠程控制終端界面


      二、數據內業預處理
      數據內業預處理主要包括基站數據轉換、POS數據處理、激光點云解算、精度驗證,生成具有三維地理空間坐標的激光點云,為后期的縱橫斷面測量應用提供數據基礎。
      解算后的點云效果如下圖所示:

      點云成果

      點云成果

      三、數據內業后處理
      到這一步,其實就離成果很接近了,我們采用華測自研的點云綜合處理軟件CoPrecess,依次進行點云數據的去噪、地面點分類處理,然后自動提取縱橫斷面點。
      1.點云去噪
      (小貼士:為什么要點云去噪?因為在點云的實際測量過程中受到各種人為或環境因素的影響,使得測量結果包含噪聲。噪聲會影響后續數據處理的時間和質量,因此需要在濾波前降低或消除噪聲。)

      CoPrecess軟件可提供孤立點濾波,如下圖所示:

      CoPrecess軟件可提供孤立點濾波

       點云去噪


      2.地面點分類

      (小貼士:地面點分類是干什么的?目的是將地面點進行分類,過濾掉植被、房屋等非地面點。

      用CoPrecess軟件分類后的點云更加精細

      用CoPrecess軟件分類后的點云更加精細


      3.自動提取縱橫斷面點
      最后一步了,還是用CoPrecess軟件,它的道路設計模塊支持dxf、txt和dat格式中樁文件的導入并可根據中樁文件自動提取道路橫、縱斷面特征點,如下圖:


      導入中樁數據

      導入中樁數據


      軟件可按照坡度、等距以及高程差三種方式提取橫斷面特征點以及對斷面范圍進行設置,有效地提取反映真實地形信息的特征點,準確地獲取變化點的位置。


      斷面生成

      斷面生成

       斷面生成

       斷面生成


      四、項目成果
      本項目自2019年01月23日開工至2019年01月30日完工,前后僅一周時間。獲得的成果如下:
      1. 約17公里的激光雷達點云數據
      2. 16.262公里縱斷面DMX文件
      3. 16.262公里橫斷面HDM文件
       
      無論是在作業效率上,還是成果的質量和可視化程度上,AS-300HL機載雷達測量系統,都要遠遠超過傳統測量方式。尤其是CoPrecess軟件還貼心的提供橫斷面方向修改功能,當客戶需要適當調整橫斷面角度或者中樁位非常近的時候出現斷面線交叉的情況,可直接輸入旋轉角度進行調整。

      交叉調整前后對比

      交叉調整前后對比

      整體調整(順時針30°)前后對比

      整體調整(順時針30°)前后對比


      生成的橫斷面可通過切片視圖進行檢查和移動、刪除、增加等編輯,防止地形特征點的丟失,生成切片視圖時可設置切片厚度、長度和切片點大小。


      切片視圖

      切片視圖


      五、項目總結
      用機載雷達做公路測量的主要優勢在于:
      1. 激光雷達對薄云和植被有一定的穿透能力,若只需獲取激光點云數據,其航飛作業對天氣要求較低,可在陰天甚至夜間作業,縮短數據獲取周期。
      2. 采用高精度、高密度的雷達點云數據提取縱橫斷面,具有自動化程度高、精度高、速度快等優勢。
      3.安全性更高,并能極大地減少外業花費的人力、物力,大幅提高工作效率。在地形復雜、外業實測人員很難安全到達區域,機載雷達的優勢更加明顯。


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