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机载激光雷达系统用于复杂地形公路纵横断面测量的案例详解-华测导航

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机载激光雷达系统用于复杂地形公路纵横断面测量的案例详解
作者:    时间: 2019-05-23    浏览量:943
以前人们总说:要想富,先修路,随着经济社会发展,这句话有了新版本:修路又好又快,经济才能跑起来。传统的公路测量由于数据获取模式单一、自动化程度低、劳动强度大、工作效率低等弊端,已不能满足新时代公路建设的新要求。

后来的GPS-RTK技术,与传统测量技术相比,虽然在一定程度上降低了外业劳动强度,但仍需要测量人员在测区多次布点,逐点测量,而且地形复杂的区域,还会面临难以到达和人员安全等问题。

最近的广西东兰至都安大兴公路项目中,作业人员就对此深有感触。我们来看看项目的情况吧!


广西东兰至都安大兴公路项目

本次项目的地理位置


东兰至都安大兴公路(大化段)全线约30公里,分为两个标段,本次项目起始设计里程为K15+900-K30+622.488,由河池市大化县板升乡岭干上起始,经过弄常保、下峒止于弄沙附近,地形相对高差约600米。


测区分为两段

测区分为两段


测区位于广西河池大化县七百弄地质公园附近,这里植被茂密,地形崎岖,属于测量中的特困难地带。项目原本打算用RTK做纵横断面测量及一些调查,但当项目进行到K16公里的时候就遇到了困难。


这么多方案都被否了之后,项目组决定后半段用AS-300HL机载雷达测量系统试试。


AS-300HL机载雷达测量系统

 AS-300HL机载雷达


大体思路是,先使用机载AS-300HL多平台激光雷达测量系统快速获取沿线高精度激光点云数据,再配以专业的数据处理软件,得到项目成果,具体操作如下:

一、数据外业采集
在测量过程中,要将激光雷达系统上的POS系统与外部参考站的数据进行同步观测,并在测量完成后联合解算。该设备安装简单,并可以用手持端对激光雷达进行参数设置。


远程控制终端界面

远程控制终端界面


二、数据内业预处理
数据内业预处理主要包括基站数据转换、POS数据处理、激光点云解算、精度验证,生成具有三维地理空间坐标的激光点云,为后期的纵横断面测量应用提供数据基础。
解算后的点云效果如下图所示:

点云成果

点云成果

三、数据内业后处理
到这一步,其实就离成果很接近了,我们采用华测自研的点云综合处理软件CoPrecess,依次进行点云数据的去噪、地面点分类处理,然后自动提取纵横断面点。
1.点云去噪
(小贴士:为什么要点云去噪?因为在点云的实际测量过程中受到各种人为或环境因素的影响,使得测量结果包含噪声。噪声会影响后续数据处理的时间和质量,因此需要在滤波前降低或消除噪声。)

CoPrecess软件可提供孤立点滤波,如下图所示:

CoPrecess软件可提供孤立点滤波

 点云去噪


2.地面点分类

(小贴士:地面点分类是干什么的?目的是将地面点进行分类,过滤掉植被、房屋等非地面点。

用CoPrecess软件分类后的点云更加精细

用CoPrecess软件分类后的点云更加精细


3.自动提取纵横断面点
最后一步了,还是用CoPrecess软件,它的道路设计模块支持dxf、txt和dat格式中桩文件的导入并可根据中桩文件自动提取道路横、纵断面特征点,如下图:


导入中桩数据

导入中桩数据


软件可按照坡度、等距以及高程差三种方式提取横断面特征点以及对断面范围进行设置,有效地提取反映真实地形信息的特征点,准确地获取变化点的位置。


断面生成

断面生成

 断面生成

 断面生成


四、项目成果
本项目自2019年01月23日开工至2019年01月30日完工,前后仅一周时间。获得的成果如下:
1. 约17公里的激光雷达点云数据
2. 16.262公里纵断面DMX文件
3. 16.262公里横断面HDM文件
 
无论是在作业效率上,还是成果的质量和可视化程度上,AS-300HL机载雷达测量系统,都要远远超过传统测量方式。尤其是CoPrecess软件还贴心的提供横断面方向修改功能,当客户需要适当调整横断面角度或者中桩位非常近的时候出现断面线交叉的情况,可直接输入旋转角度进行调整。

交叉调整前后对比

交叉调整前后对比

整体调整(顺时针30°)前后对比

整体调整(顺时针30°)前后对比


生成的横断面可通过切片视图进行检查和移动、删除、增加等编辑,防止地形特征点的丢失,生成切片视图时可设置切片厚度、长度和切片点大小。


切片视图

切片视图


五、项目总结
用机载雷达做公路测量的主要优势在于:
1. 激光雷达对薄云和植被有一定的穿透能力,若只需获取激光点云数据,其航飞作业对天气要求较低,可在阴天甚至夜间作业,缩短数据获取周期。
2. 采用高精度、高密度的雷达点云数据提取纵横断面,具有自动化程度高、精度高、速度快等优势。
3.安全性更高,并能极大地减少外业花费的人力、物力,大幅提高工作效率。在地形复杂、外业实测人员很难安全到达区域,机载雷达的优势更加明显。


以前人们总说:要想富,先修路,随着经济社会发展,这句话有了新版本:修路又好又快,经济才能跑起来。传统的公路测量由于数据获取模式单一、自动化程度低、劳动强度大、工作效率低等弊端,已不能满足新时代公路建设的新要求。

后来的GPS-RTK技术,与传统测量技术相比,虽然在一定程度上降低了外业劳动强度,但仍需要测量人员在测区多次布点,逐点测量,而且地形复杂的区域,还会面临难以到达和人员安全等问题。

最近的广西东兰至都安大兴公路项目中,作业人员就对此深有感触。我们来看看项目的情况吧!


广西东兰至都安大兴公路项目

本次项目的地理位置


东兰至都安大兴公路(大化段)全线约30公里,分为两个标段,本次项目起始设计里程为K15+900-K30+622.488,由河池市大化县板升乡岭干上起始,经过弄常保、下峒止于弄沙附近,地形相对高差约600米。


测区分为两段

测区分为两段


测区位于广西河池大化县七百弄地质公园附近,这里植被茂密,地形崎岖,属于测量中的特困难地带。项目原本打算用RTK做纵横断面测量及一些调查,但当项目进行到K16公里的时候就遇到了困难。


这么多方案都被否了之后,项目组决定后半段用AS-300HL机载雷达测量系统试试。


AS-300HL机载雷达测量系统

 AS-300HL机载雷达


大体思路是,先使用机载AS-300HL多平台激光雷达测量系统快速获取沿线高精度激光点云数据,再配以专业的数据处理软件,得到项目成果,具体操作如下:

一、数据外业采集
在测量过程中,要将激光雷达系统上的POS系统与外部参考站的数据进行同步观测,并在测量完成后联合解算。该设备安装简单,并可以用手持端对激光雷达进行参数设置。


远程控制终端界面

远程控制终端界面


二、数据内业预处理
数据内业预处理主要包括基站数据转换、POS数据处理、激光点云解算、精度验证,生成具有三维地理空间坐标的激光点云,为后期的纵横断面测量应用提供数据基础。
解算后的点云效果如下图所示:

点云成果

点云成果

三、数据内业后处理
到这一步,其实就离成果很接近了,我们采用华测自研的点云综合处理软件CoPrecess,依次进行点云数据的去噪、地面点分类处理,然后自动提取纵横断面点。
1.点云去噪
(小贴士:为什么要点云去噪?因为在点云的实际测量过程中受到各种人为或环境因素的影响,使得测量结果包含噪声。噪声会影响后续数据处理的时间和质量,因此需要在滤波前降低或消除噪声。)

CoPrecess软件可提供孤立点滤波,如下图所示:

CoPrecess软件可提供孤立点滤波

 点云去噪


2.地面点分类

(小贴士:地面点分类是干什么的?目的是将地面点进行分类,过滤掉植被、房屋等非地面点。

用CoPrecess软件分类后的点云更加精细

用CoPrecess软件分类后的点云更加精细


3.自动提取纵横断面点
最后一步了,还是用CoPrecess软件,它的道路设计模块支持dxf、txt和dat格式中桩文件的导入并可根据中桩文件自动提取道路横、纵断面特征点,如下图:


导入中桩数据

导入中桩数据


软件可按照坡度、等距以及高程差三种方式提取横断面特征点以及对断面范围进行设置,有效地提取反映真实地形信息的特征点,准确地获取变化点的位置。


断面生成

断面生成

 断面生成

 断面生成


四、项目成果
本项目自2019年01月23日开工至2019年01月30日完工,前后仅一周时间。获得的成果如下:
1. 约17公里的激光雷达点云数据
2. 16.262公里纵断面DMX文件
3. 16.262公里横断面HDM文件
 
无论是在作业效率上,还是成果的质量和可视化程度上,AS-300HL机载雷达测量系统,都要远远超过传统测量方式。尤其是CoPrecess软件还贴心的提供横断面方向修改功能,当客户需要适当调整横断面角度或者中桩位非常近的时候出现断面线交叉的情况,可直接输入旋转角度进行调整。

交叉调整前后对比

交叉调整前后对比

整体调整(顺时针30°)前后对比

整体调整(顺时针30°)前后对比


生成的横断面可通过切片视图进行检查和移动、删除、增加等编辑,防止地形特征点的丢失,生成切片视图时可设置切片厚度、长度和切片点大小。


切片视图

切片视图


五、项目总结
用机载雷达做公路测量的主要优势在于:
1. 激光雷达对薄云和植被有一定的穿透能力,若只需获取激光点云数据,其航飞作业对天气要求较低,可在阴天甚至夜间作业,缩短数据获取周期。
2. 采用高精度、高密度的雷达点云数据提取纵横断面,具有自动化程度高、精度高、速度快等优势。
3.安全性更高,并能极大地减少外业花费的人力、物力,大幅提高工作效率。在地形复杂、外业实测人员很难安全到达区域,机载雷达的优势更加明显。


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