利用3D数字化设计数据进行公路建设-案例研究-07数据类型和模式
2018-05-14   点击:

【摘要】项目团队通常将3D数据用于多种用途,因此可以根据目标用途和投资优化数据的开发级别(LOD)。LOD概念传达了数据的两个特定特征。第一个涉及模型中的细节,我们将其描述为模型密度(MD)。第二个关系到模型建立在多大程度上的不确定性,这必须定性地表达。我们将把它定性为定性置信水平(CL),并使用类似于地下效用信息所采用的分级标度。重要的是不要将高度细节 . . .

自动机器指导

AMG可能是三维设计数据在施工中最常见的用途。来自表面的数据输入以及相关的数据准备和格式化是成功AMG应用程序的重要组成部分。设计数据必须传递给承包商,承包商经常将其转换为与AMG设备兼容的专有格式。承包商可能聘请数据准备顾问提供最终的机器文件供现场使用,或者如果国家运输机构最初没有提供,可以开发他们自己的模型。(41)

AMG通过结合3D数据和机载定位设备,实时提供横向和纵向坡度控制。然而,与布局一样,3D数据和定位设备中的错误也是复合的。如上所述,路面平整度和深度要求通常决定使用精确的定位设备。因此,模型密度的灵活性仍然可以在放样容差范围内实现结果。通常,对模型密度的约束是需要控制材料产量而不是实现公差。

例如,在美国犹他州的项目,承包商使用的Trimble的组合? 商务中心和AutoCAD ? Civil 3D的? 编写的3D数据。为了设置字符串线,走廊表面用6英尺的偏移量进行投影以设置字符线的高程。集线器每隔30英尺设置一次,与走廊模板下落相匹配。对于西行的无弦摊铺,走廊模板放置间隔更改为12.5英尺,从而导致模型细节高出集线器和字符串线的两倍。AMG摊铺的摊铺数量是平铺摊铺的两倍,并且产量提高了1个百分点。为AMG摊铺标明的数据密度通常是为了控制数量而设定的。

有数据点本身需要高网络精度的位置。这些通常与现有的不动的特征(例如路缘石,桥台和现有的硬路面)相搭配。为了满足这些严格的网络精度,设计必须基于具有这种准确度的调查数据。当设计与不固定的点相关时,网络精度需求取决于第一层路面的可接受的误差范围。随后的路面层将被第一层以上的一致深度抵消。对于土方工程,干扰区域上3英寸的误差可能是可以接受的。但是,对于路面上更昂贵的材料,可接受的误差幅度将更小。对于犹他州,密苏里州和弗吉尼亚州的项目,严格的网络准确性是所有地点控制数量的要求。对于南方高速公路项目,第一层是土方工程,使用GNSS漫游车收集到的低密度表面就足够了。

对于一般的挖掘,土方,铣削和铺路,AMG的数据是一个表面。其他类型的AMG建设所需的数据通常很简单。沟槽底部的3D线串可以满足挖掘的需要。(8)滑动式路缘石和排水沟或中间路障铺路需要对齐和横截面,或者在某些情况下需要对齐,剖面和横截面。I-80重建项目的隔离屏障采用滑模摊铺方式建造。由于已经完成的混凝土摊铺提供了坡度控制,所需的数据仅为水平路线和横断面。AMG也用于线性油漆剥离。只需要水平几何图形。

设备操作员不需要额外的数据来控制等级,但是操作员可以获得更多信息。只有混凝土摊铺机才具有自动转向功能,所以其他AMG系统仍需要操作员进行主动管理。其他数据不一定需要是3D; 在许多情况下,2D线串就足够了。操作员可以了解所有年级休息的地点。挖掘机操作员将从具有任何已知地下功能(例如公用设施和基础)的3D模型中受益。指示干扰,湿地和其他需要避免的区域限制的线串也是有帮助的。表27中提供了AMG的数据使用和特性总结。

表27:AMG的数据使用和数据类型。(8)
 

 

数据使用 数据类型
型材铣削 表面:成品表面
路线:主要水平和垂直基线,超高
二维线串:冠,路面边缘,坡度,路缘顶部和流线
铺路 表面:成品表面
路线:主要水平和垂直基线,超高
二维线串:冠,路面边缘,坡度,路缘顶部和流线
粗分级,精细分级和基地 表面:成品表面
路线:主要水平和垂直基线,超高
二维线串:冠,路面边缘,肩部边缘,坡度断面和沟渠流线
挖掘(非线性) 表面:成品级
2D线串:扰动限值,坡度断裂,沟渠流线,以及路堤的顶部和脚趾
挖掘(线性) 3D线串:沟的底部中心
其他:沟渠横截面,任何已知的地下特征
滑式铺路 对齐:布局线的水平和垂直几何图形
其他:形成横截面
油漆条纹(线性) 2D线串:条纹的中心

 

实时验证

实时验证的目的是在施工过程中提供质量保证,尽量减少中断,并尽量减少检查员对现用施工设备的安全隐患。(40)由于AMG不需要运营商的股份,因此如果检查员拥有执行质量保证的替代工具,就有机会大幅减少风险,通常减少90%,或完全消除风险。

检查专员与几何性质有关的质量保证活动的类型包括核实以下内容:

---主要验收因素,如斜坡和材料深度。
---尺寸,如宽度,长度和间隙。
---结构工作处于正确的高度,例如倒立和座椅。
---该工作处于正确的水平位置和等级。
---安全装置正确安装,例如必要时使用挖掘支撑和防坠落设备。
---防止侵蚀和沉积控制装置符合要求,例如具有足够能力的沉淀池。
另一项核心检查任务是衡量工资数量,这将在下一节讨论。许多检查员的验证功能都与局部测量有关,而不是绝对位置。因此,所有这些功能都不需要三维设计数据,当工作符合计划,规格,许可和法规时,就不需要存储任何数据。但是,检查员确实需要很好地了解现场测量设备如何工作才能使用该工具进行其他测量。实时验证不仅可以替代检查位置的方法,还可以替换或增强用于其他验证任务的方法。

实践能够增加价值的最有意义的方式之一是作为一种文档工具,不仅用于捕获竣工条件,还用于收集索赔文档,更改订单,设计修订或争议。这些文件是有效的地形调查,记录了所发现条件的数字记录。实地调查数据收集是检查员使用这些工具的主要技能,但现有的调查员培训和调查手册等政策或指导文件应可用。

使用现场调查技能调查检查员也使该机构有机会在淡季利用检查员来增强检验部门或收集维护和资产管理部门的资产清单信息。这些交叉使用的机会可以帮助开发检查技能。除了开发实地调查数据收集技能之外,检查员还可以了解这些下游部门的数据需求,以便他们能够在施工期间收集更多有用的记录。

确实需要表示设计的3D数据的活动涉及验证位置。放样公差是3D数据密度需求的重要指南,以上关于中间坐标距离和刀具精度的讨论是密切相关的。但是,重要的是不要混淆通知工具选择和数据准备的放样公差,以及与检查员在数据收集器上读取的3D数据有关的公差。放样公差与布局有关,这是与建筑成果进行比较的基线。规范中与??每个活动相关的部分定义了检查员需要检查数据收集器的验证公差。

一个机构可以使用放样公差来制定GNSS和RTS漫游车三维数据密度的指导。RTS是一种更精确的工具,因此它可以用于密度较小的模型(中间坐标距离较大),并且可以获得与布局精度相同的结果。图99说明了测量仪器精度与3D数据密度之间的关系。GNSS对于水平定位比垂直定位更精确。(8)为检查高程或等级公差而准备的工具选择对3D数据的影响大于水平公差。
 

该图举例说明了一个模型的最大允许中间距离,该距离将与特定测量仪器一起用于放样容差内的放样。 灰色圆圈表示曲线中间位置的放样误差允许误差。 红圈是位于和弦中点的RTS的乐器精度。 RTS放样的最大中间距离以红色显示,因此仪器将在放样容差范围内提供解决方案。 蓝色圆圈是位于和弦中点的GNSS流动站的仪器精度。 GNS放样的最大中间距离以蓝色显示,因此仪器将在放样容差范围内提供解决方案。 由于GNSS不如全站仪精确,
图99:插图。3D数据密度的推导。

表28给出说明性的放样容差。对于中心线控制点,放样容差相当于正常的GNSS水平精度。因此,要使用GNSS流动站进行中心线控制点放样,必须使用真正的校准几何图形,而不必使用曲线。然而,中心线站点可以容忍3D数据中的一些和弦,以使中间距离为0.05英尺或更小。涵洞水平布置也是如此。但是,垂直容差比GNSS可以达到的要严格。RTS的标称精度为0.02英尺,(8)这表明在3D数据中没有任何空间。然而,涵洞通常是直的,所以这不是一个问题。

表28:说明性放样容差(17)
 

 

特征 垂直
中心线控制点 ±0.05英尺 N / A
中心线站点 ±0.10英尺 N / A
路缘,人行道和自行车道 ±0.03英尺 ±0.02英尺
道路成品和PCC摊铺 ±0.10英尺 ±0.02英尺
沙井,入口和涵洞 ±0.10英尺 ±0.03英尺
道路路基级别桩 ±0.20英尺 ±0.05英尺
斜坡桩和参考 ±0.30英尺 ±0.10英尺
湿地减缓风险,灯具和信号灯杆 ±0.20英尺 ±0.20英尺
清理和gr st桩 ±1.00英尺 N / A

 

然而,对于路面成品坡度和PCC摊铺,垂直放样公差相当于RTS的正常精度。这意味着没有足够的空间。这是有问题的,因为用于此活动的数据是一个曲面,可以同时显示水平曲线和垂直曲线。因此,放弃容差并不会有助于指导数据密度需求,而不会探索放样背后的意图。

对于道路摊铺和摊铺,桩之间的间隔通常为50英尺,通常在水平曲线周围较小。(42)VDOT调查手册使用DTM指导每个车站的道路等级(28),但没有提供如何建立DTM的指导。然而,正常的设计实践导致常规站点的数据点。(43)(8)放样的结果是,检查人员在常规台站的实地参考,这是设计意图的精确指示,但台站之间的设计意图是内插的。因此,实时验证是在图100所示的常规电台之间设计的更精确解释与电台位置的精度略低之间的折衷。
 

该图显示了放样和实时验证之间的比较。 我们可以看到50英尺间隔的切线和曲线周围间隔的减少会如何在点之间产生比实时验证更多的近似值。 在后者中,常规台站之间的设计有更准确的解释,但是在台站位置处的精度稍微低一些,因为在传统台站中没有常规台站的参考。
图100:插图。与实时验证相比更有优势。

AMG和实时验证之间存在明显的协同作用,部分原因是由于承包商设置较少的股权(40),需要检查员对设计进行替代参考。其他协同作用还包括为AMG构建充分开发的3D数据的可用性以及支持AMG的强大调查网络,实时验证调查工具需要访问这些网络。与承包商合作利用从AMG系统或新兴无人航空系统(UAS)技术获取竣工数据的机会可以将工具范围扩展到对路面进行深度检查。这将提供更快的检查,更好的记录保存,更少的人员进行验证,并在更安全,直立的位置进行验证。

实时验证目前无法衡量付款的路面深度。薪酬因素非常紧张,调查工具无法以所需的精度实现可重复的测量。但是,实时验证可以取代采取刺入深度的做法。为了进行深度测量,检查员需要有一个基准面进行比较。这可能是设计数据,但如果它们与建筑表面相关,则深度将更有意义。

承包商可以从AMG系统或UAS提供竣工表面,并且检查员可以通过在施工期间铺路列车??之前或摊铺活动之前通过独立观察来验证表面。还有机会重新审视验收实践,以便比较底座和最终等级(例如静态激光雷达)非常精确和密集的竣工表面。目前,这可能成本过高,但随着技术的进步,更低的成本和更高的精度将为收集这些数据提供更多机会。检查员可以使用3D数据来避免破坏性测试来测量铺路深度。竣工的3D数据也可以用来计算基地以及最终坡度上的路面平滑度结果。摊铺之前,可以更正基地上的任何问题区域。

实时验证的数据密度要求不如控制材料数量的那些严格。因此,当承包商使用AMG时,AMG数据需求将超过实时验证。表29中提供了实时验证的数据使用和特征摘要。

表29:实时验证的数据使用和数据类型
 

 

数据使用 数据类型
验证斜坡 观察两点并计算数据采集器的斜率
验证材料深度 材料底部的竣工表面(最好)
材料底部的设计表面(交替)
验证结构高程 点或3D线串
验证水平布局 路线:主要的水平几何图形和驻车,路缘
二维线串:冠,路面边缘,肩部边缘,坡度断面和沟渠流线
验证等级 表面:成品坡度,基地顶部,路基。
2D线串:等级断点和沟渠流线
验证安全合规性 观察两点并计算数据收集器的斜率,高度或距离
验证池塘容量 对池塘底部进行地形测量并计算池底高程以下的容积以验证容量

 

度量支付数量:
如上所述,实时验证设备是一种多功能测量工具。数据采集??器可以捕获观测值以执行实时斜率,距离,面积和体积计算。(8)数据采集器软件可以在屏幕上显示说明计算的草图。数据采集??器存储可重复且透明的数字数据,数据采集器软件具有强大的报告工具。使用实时验证设备捕获薪酬数据的测量更快,更准确,更透明。唯一需要的3D数据是土方和挖掘体积的基础表面。检查员在观察期间捕获所有其他3D数据。

如上所述,地形测量是Inspector需要使用实时验证工具进行测量的核心技能。但是,大多数机构已经制定了标准和指导方针,包括标准字段代码,用于注释可用于“现场到完成”自动化以绘制线路工作和创建完工计划的要点。收集的数据类型是调查点。处理后,3D线条和多边形,2D线条和多边形以及曲面数据也可用。

Inspector需要收集的数据密度和Inspector应该使用的工具都是测量精度的函数。检查员需要注意长度和面积测量值的和弦。捕获额外的观察需要几秒钟的时间。观察结果不需要按顺序存储。使用调查字段代码可使检查员同时穿越收集多个不同特征观测值的区域。因此,这些工具增加了检查员的效率; 能够以更安全,更直立的身体姿势执行任务,更少的年级检查员执行任务; 并收集关于在发生争议或索赔时可以从办公室重复或分析的测量结果的更好文档。

表30中提供了用于衡量工资数额的数据用途和特征摘要。

表30:用于度量支付数量的数据用途和数据类型。(8)
 

 

数据使用 数据类型
体积数量 不规则形状:原始地面和最终地面
规则形状:在偏转或沿和弦的点上测量长度,乘以按规范定义的付款横截面
结构体积数量 不规则的形状(如基础):定义面部
规则形状(例如路缘石):横截面和长度
不规则形状:在外围点,使用场到面来生成2D或3D多边形
规则形状:测量宽度和长度的点
长度 点偏移或和弦,使用字段完成创建二维或三维线串
单元 用字段代码收集竣工点

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