利用3D数字化设计数据进行公路建设-案例研究-043美国I-80号州际公路银溪至万希普段重建
2018-05-09   

【摘要】日内瓦宁愿使用静态激光雷达来收集数据,为DTM提取一个5英尺×5英尺的网格,如图48左侧所示。这将提供一个紧密的DTM,用于控制材料体积。但是,随着CTAB建设已经开始,需要更快的解决方案。峡谷造成了GNSS的多路径误差,因此Geneva Rock使用机器人全站仪(RTS)来收集新的地形测量数据。在一个假期周末,三名独立工作人员收集了东行车道的地形测量数据。考虑到时间限制, . . .

调查

2012年,一家承包商收集了资产级移动激光雷达数据,用于UDOT高速公路库存5,000多车道英里的资产级别移动激光雷达数据。UDOT已成功使用这些数据为各种资产类别创建完整的当前资产清单,并开始探索其他使用这些数据的机会。这个项目被选为试点,以确定移动激光雷达数据是否可用于设计项目。

数据收集的最初目的不是设计,因此尚未使用设计级调查设备。在使用I-15上的数据进行成功的概念验证之后,该项目被确定为试点,以测试校准点云以设计参数的能力。作为一个试点项目,这提供了在严格条件下测试该方法的能力,包括州际速度,两条车道,分叉道路,陡峭的边坡,GNSS定位中的多路径错误,两个交汇处,两座桥梁和具有挑战性的道路几何图形。

在收集移动激光雷达数据之前,目标设定为每隔1000英尺。反光材料使目标在点云中高度可见。目标使用GNSS漫游车和UDOT虚拟参考站(VRS)网络进行了调查。虽然与VRS一起使用的GNSS漫游器通常能够达到0.1英尺的垂直精度和更高的水平精度,但峡谷中的多路径误差通常会产生0.25英尺的精度。(16)

各种校准方法被用来首先提高移动激光雷达数据的局部精度和网络精度。该方法在六个测试部分进行了验证,其中一个如图44所示。注册点云始终如一地获得足够的设计精度。在所有测试区域中,83%的点超过了0.1英尺的垂直精度,73%的点超过了0.05英尺的垂直精度。但是,所有验证方法都使用与GNSS流动站和VRS一起设置的相同控制。(16)
 

该图显示了六个测试部分中的一个,其中将各种质量控制方法应用于移动激光雷达测量数据。 移动激光雷达测量数据以黄色显示,地面测量数据以紫色显示。 用于登记调查数据的控制点显示为红色圆圈。
图44:插图。用各种方法来测试数据。(16)

精度最低的点始终在路基外侧和侧坡上。传统方法(即GNSS漫游车和全站仪)用于勘测斜坡,坡道和排水特征。在图45中,棕褐色区域来自移动激光雷达调查数据,蓝色区域来自补充调查。从移动激光雷达调查中提取更多观测数据; 52%的调查意见占项目区域的34%来自移动激光雷达调查。据估计,混合调查数据收集方法可节省每英里2,215.60美元的费用。(16)
 

该图显示了使用移动激光雷达测量数据和补充调查的位置。 移动激光雷达数据用于棕褐色地区,主要沿着现有道路,而在蓝色地区进行补充调查,主要是边坡,坡道和排水结构。
图45:插图。通过收集方法调查限制。(16)

设计师没有责任验证调查数据是否足以进行设计。验船师签署并盖上调查表,证明其符合要求的规格。但是,这些规格可能不足以用于3D构建方法。(应当指出的是UDOT在2015年更新了调查规范。(17))鉴于这些方法的记录和审查有多彻底,相信验证结果是合理的。

在动员之前,日内瓦岩石检查了原始的地面调查。UDOT向日内瓦岩石奖颁奖后提供了全面的调查信息。这包括完整的信息来审查处理移动激光雷达数据的各个步骤。这些计划包括60多张控制古迹,但大多数是在峡谷墙壁上的高位标记,因此不适用于建筑。从工作区只能看到激光雷达目标。最初,该计划是针对日内瓦石油公司在移动激光雷达目标之间设置补充控制以运行AMG系统。

从峡谷底部到顶部的救济超过1000英尺。UDOT调查海拔基于一个国家海洋和大气管理局(NOAA)基准。峡谷顶部有第二个NOAA基准; 然而,海拔没有配合,所以这个基准被忽略了。该计划指出,这第二个基准是不准确的。AMG系统需要从一个控制点到下一个控制点的一致性,因为RTS控制系统使用切除定位。

控制高程不一致可能导致设备在设置之间转换。Geneva Rock的测量员花了一天的时间在峡谷底部的NOAA基准线上运行一个水平回路,尽可能多地控制东行车道,约2.5英里的距离,并关闭NOAA基准。水平线上的关闭约为1/100英尺。图46显示了已发布和已平坦高程的差异既显着又不一致。系统可能已被纠正。
 

该图显示了一个图表,显示了I-80项目东行约2.5英里的已发布高程和控制高程的差异。 AMG结构需要高度精确的垂直控制。 已发表的高程差异很大,比平坦高程低一英寸以上,比平坦高程高近两个半英寸。 如果公布的标高被用于AMG施工,混凝土摊铺机将从一套提供位置信息的全站仪转移到下一个,从而大幅度提高和降低。
图46:图表。已发布的高程和平整高程之间的差异。

第01721节第1.5部分的调查规范要求承包商验证项目控制并证明其足以进行施工。具体语言如下:(18)

在开始工作前提交一份声明,表明所有部门提供的水平和垂直控制已经过现场检查,并且控制已经被确定为在本节规定的公差范围内是准确的。附上用于验证控制的现场调查信息。如果发现差异,以口头和书面形式通知工程师。

考虑到练级的结果,Geneva Rock的测量员无法证实控制权。施工定于2014年开始后期,控制问题对冬季天气开始之前完成东行道构成威胁。日内瓦石油公司提出将重置控制作为开始施工的最快解决方案。日内瓦岩石公司的测量员设置了最大间隔500英尺的控制,左侧交错(如图47所示)和道路右侧,使用9英尺深的桩子防止冻胀。使用GNSS漫游器和UDOT VRS设置水平控制,但垂直控制设置为数字水平环。日内瓦石油公司对调查工作进行了补偿以重置控制权。
 

该图显示了收费站大桥下的混凝土摊铺操作照片。 在左侧有一个控制纪念碑上方的三脚架。 图像的中心是桥下的混凝土摊铺机,高桅杆上装有用于收集摊铺机位置的反光板。 图像右侧是三个机器人全站仪,为摊铺机的左侧和右侧以及承包商的质量控制等级检查器提供定位解决方案。
图47:照片。AMG操作需要交错,准确的控制。

一旦控制权重新设置,施工就从CTAB准备开始。CTAB对所有操作都使用3D等级控制,从对现有沥青进行轮廓铣削开始,以减少在注入水泥后完成等级的工作量。铣削过程中3D设计数据的问题变得明显。该厂应该铣削到最终坡度以下12英寸。在某些地方,这意味着只需铣削几英寸,而在其他地方铣削超过1英尺。在其他地方,这个工厂在等级以上。米尔斯被提前填补了年级。由于峡谷内没有足够的空间借用或破坏材料,因此日内瓦岩石开始关注物质平衡。

日内瓦岩石公司根据新的控制点进行了DTM检查。在一个位置,距离控制点不到100英尺,差异是一英寸半。Geneva Rock对原始地面数据信心不足。收集新的地形数据以检查物质平衡。

日内瓦宁愿使用静态激光雷达来收集数据,为DTM提取一个5英尺×5英尺的网格,如图48左侧所示。这将提供一个紧密的DTM,用于控制材料体积。但是,随着CTAB建设已经开始,需要更快的解决方案。峡谷造成了GNSS的多路径误差,因此Geneva Rock使用机器人全站仪(RTS)来收集新的地形测量数据。在一个假期周末,三名独立工作人员收集了东行车道的地形测量数据。考虑到时间限制,他们沿着中心线每50英尺收集一次镜头,在路面边缘,中心线和任何冠上拍摄照片,如图48右侧所示。
 

该图显示了左侧和右侧的首选调查密度。 这个例子显示了一条双车道的车道,有12英尺的车道和3英尺的肩膀。 首选距离是x和y每5英尺拍摄一个5 x 5'的网格,而实际只有在路面边缘,中心线和任何冠部每50英尺才拍摄一次。
图48:插图。首选和实际调查数据密度的对比。

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