利用3D数字化设计数据进行公路建设-案例研究-042美国60号公路重建
2018-05-07   点击:

【摘要】德国的校道使用GEOPAK设计® V8 2004版,其计算基于标准文件数学定义横截面的横截面。虽然有可能GEOPAK转换® 横截面为DTM,这不是为完成这个项目。该GEOPAK ® V8 2004版和2D的MicroStation文件用于可视化计划的图形,包括平面图,剖面,剖面和坐标几何。这是根据VDOT标准完成的。承包商最初打算使用3D数字设计数据来布置路缘,并使用GNSS进行土方工程。 . . .

调查


本节特别涉及路线60,其中发生了路缘坡度问题。在核实问题不是由设计或准备承包商的3D数据造成的后,审查转向调查数据。最初的调查提供给顾问设计师。顾问设计师没有资源来验证他们提供的调查。未经独立验证的情况下接受签名和密封调查是标准程序。调查没有提供详细的元数据和调查员的报告,并且考虑到调查的年龄,很难找到其起源。根据现有的资料,这项调查似乎是从1997年开始的,并且采用高海拔摄影测量法进行数据采集。调查数据的年龄(十多年以前)对准确性问题做出了贡献。

承包商的验船师将GNSS接收器安装在卡车上,如图31所示。全球导航卫星系统接收器的杆高度用全站仪校准。测量员在数据采集器的驱动下开动道路,每隔几英尺定期自动收集观测数据。这种“滚动调查”允许进行相对准确的调查(十分之一英尺),而无需进一步维护交通或中断驾车者。调查数据转换为表面并与原始设计的最终表面进行比较。在图32中,滚动调查的轮廓以1英寸的间隔绘制,如果高于预期,则呈现红色,如果低于预期呈现绿色。滚动调查证实需要重新设计和解决方案。

 

 

这张图是一张卡车前部的照片,背面安装有GNSS接收器,以便进行滚动测量。
图31:照片。带有GNSS接收器的卡车用于滚动测量。

 


该图显示了与最终建议的地面相比,转换为地面的滚动测量数据的图示。 它以1英寸的间隔显示等高线。 绿色轮廓低于预期,红色轮廓高于预期。
图32:插图。与设计的最终地面相比滚动测量表面。


整个项目中发生了与建筑相关的问题。他们很难归因于他们的可变性。有些地方的成绩比预期的要高,而在其他地方则比较低。通常,控制问题会造成系统性错误。系统性错误表现为始终过高或过低的高程,或以一致的方向或角度作为水平偏移。系统错误很容易检测和纠正。一旦发布停工令,调查中出现错误的根源就会变得学术化,并且有恢复工作的压力。重新搜集调查数据成为最快的解决方案。考虑到最低等级和现有路缘和车道频繁的硬联系,滚动调查方法对于设计决议的准确性不够高。

决定进行静态激光雷达测量,以大约四分之一英寸的垂直精度收集测量结果。所述TopoLIFT ? 在图33中所示的系统被选择用于其准确性和快速设置。随着自流平安装时,TopoLIFT ? 系统需要很短的时间设置,也不需要运营商走出驾驶室。较高的设置增加了地面上的入射角并提高了数据的准确性。

 

 

这张照片显示了皮卡背面的TopoLIFT系统。 由于使用自动调平支架,操作员位于驾驶室的驾驶座内,因此无需从车内下来。 这导致了更快和更安全的测量。
图33:照片。TopoLIFT? 系统收集静态激光雷达测量。


激光雷达测量被承包给一名专家,该专家根据承包商的验船师的规格将数据缩减为数字地形模型(DTM)。第一步是仔细规划安装位置并设置控制。这些设置是根据扫描时间和覆盖范围,控制点数量,控制距离和操作成本等考虑扫描仪规格的软件进行规划的。然后它提供了一个可视环境来规划控制和扫描仪设置的位置以及扫描时间。由于过往车辆的噪音,交叉口使用较长的扫描时间。该软件还根据所选的控制和设置配置提供扫描时间和成本估算。

原始扫描数据包括过往车辆以及图28所示的所有交通控制设备发出的噪音。扫描被记录在控制器上,车辆的噪音被消除。得到的点云如图34所示。

 

 

该图包含了静态激光雷达扫描产生的注册点云数据文件的屏幕截图。 点由海拔着色。 橙色点位于比黄色点低的位置。 点云未被过滤;  交通控制设备,树木和控制目标是可见的。 黑暗区域表示由这些障碍物引起的阴影。
图34:截图。静态激光雷达注册点云。


激光雷达数据被缩减为横截面和DTM以开发恢复工作的设计。减少的数据提供了每2米的横截面,每个横截面都有密集的点。扫描也被裁剪到右侧,所有非地形点被滤除。图35显示了在验船师软件中覆盖在PDF计划上的横截面点。

 

 

该图保存了屏幕截图,其中显示了构建适当精确表面所需的激光雷达数据中的过滤点。 项目区域减少的激光雷达数据覆盖在PDF计划上。
图35:截图。减少激光雷达数据覆盖PDF计划。


当工作停止的时候,60号线已经被磨碎了,应该只需要一个90毫米的沥青提升机,以使其达到最终状态。在图36中,最后的条件由黑线表示。蓝线是预期的现有地面,但红线显示静态激光雷达采集的地表。这解释了滚动调查中收集的轮廓的变化性,如图32所示。最显着的问题之一似乎是最初的调查错过了东行车道的一个冠冕。

 

 

该图举例说明了60号公路的代表性横截面。有横截面线显示实际,预期和建议的表面。 停止工作时的实际地面为红色,建议地面为黑色,预计当前地面条件为蓝色。 红线和蓝线之间的差异很大。 在西行车道上,蓝线与黑线更接近,东行车道的相关性更好,但很明显,表冠位于错误的位置。
图 36 :插图。工作停止时预期(蓝色)和实际(红色)地面。

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