《公路路基路面施工智能测量技术规程 激光全断面扫描》

1编制说明《公路路基路面施工智能测量技术规程激光全断面扫描》编制说明1工作概况1.1任务来源本文件是镇江市公路事业发展中心、江苏省交通技师学院于2023年9月申请立项的团体标准，也是单位联合江苏省交通技师学院共同研发的内部课题《公路路基智能施工》的成果材料。本文件由江苏省交通企业协会于2024年1月29日批准立项（《2024年8号关于2024年度第一批团体标准立项的公告（2024）8号经江苏省交通企业协会提出并归口。1.2本标准的起草单位镇江市公路事业发展中心、江苏省交通技师学院、江苏森淼工程质量检测有限公司、江苏镇江路桥工程有限公司、中交第一航务工程局有限公司、中国建筑第八工程局有限公司、常州市交通运输综合行政执法支队、徕卡（中国）有限公司、阜新高等专科学院、华设设计集团、中国地质大学（北京）、南京工业大学、北京中元浩业科技有限公司、南京张力信息技术有限公司。1.3参与单位及人员的分工、职责和作用镇江市公路事业发展中心主要负责与本标准相关的技术调研工作，主要参与人员有张世强、李小民、韦立等人。中交第一航务工程局有限公司、中国建筑第八工程局有限公司主要负责标准制订过程中智能激光雷达、无人机等有关智能仪器选用方面的研究工作。主要参与人员有崔振华、苏雷成、曹向浦、张方伟等人。中石化胜建集团有限公司、江苏镇江路桥工程有限公司主要负责激光雷达、无人机等量测方法的相关研究工作。主要参与人员为孙超、王振滨、赵书锋、施亮等人。华设检测科技有限公司主要负责相关软件方面的研究工作，并申报软件著作权，对其中的内容进行了撰写。主要参与人员有申军、王鹏泽、李玲等人。常州市交通运输综合行政执法支队负责本标准相关工艺的外部协调工作。主要参与人员有包旭等江苏森淼工程质量检测有限公司、江苏省交通技师学院主要负责标准立项书的修改和撰写、标准文本框架确定、编制说明的撰写、标准征求意见汇总、标准文本主要章节撰写和统稿，以及各种会议的安排。主要参与人员有陈燕飞、纪玉国、杨雪茹、曹妍、王芮文、欧定福、申振森、张素娟、李岩、张占宇、毛安静、刘林福等人。南京张力信息技术有限公司、徕卡（中国）有限公司、阜新高等专科学校、北京中元浩业科技有限公司等主要负责全面技术工作，主要参与人员张明清、路星、王勇衡、李文朋。2编制说明南京工业大学教授侯曙光对本标准的全部技术内容进行了审核，并进行了修改。1.4编制过程为保证本标准制定的科学性、有效性、实用性，标准课题组广泛收集相关文献资料，包括相关论文与研究报告、国家标准、行业标准、地方标准等，认真总结了传统测量中的经验和存在的问题，同时开展了多家施工单位、监理单位、试验检测单位以及测量仪器厂家等对传统测量方法和数字智能测量方法的调查研究。通过对智能测量技术研究总结与资料调研分析，课题组基本了解了目前智能测量工作中普遍性的经验和技术，明确了本标准撰写的侧重点和基本要求，为标准的研究、起草奠定了基础。本标准的制定工作过程简述如下：本标准在立项之前即做了大量的基础性工作并已经完成了大部分编制内容。本标准在2023年1月开始谋划，2023年8月完成了初稿，2023年9月申请立项，立项后，根据专家对文本框架的意见，经过数轮修改后，完成了《公路路基整形施工技术规程激光全断面测量》修改稿。本标准立项会议推荐名称为《公路路基整形施工技术规程激光全断面测量》，后经编制组讨论调研，将名称改为《公路路基路面施工智能测量技术规程激光全断面扫描》。2024年1月，对初稿进行了4次内部研讨，形成征求意见稿；2024年5月，对30家企业或专家进行意见征求，回函并有建议或意见的单位和专家数12个，无意见的单位数14个，未反馈的单位数4个。根据专家及施工单位汇总的意见进行了修改，完成送审稿。2编制背景2.1技术背景随着工程测量领域的不断拓宽以及三维设计制造对测量精度的要求，传统的测量仪器如全站仪、断面仪等已不能满足高精度的三维坐标采集和“逆向工程”的需要。相比这些传统的测量技术，三维激光扫描技术具有极大的技术优势，特别是在数据采集方面，具有高效、快捷、精确、简便等特点，被广泛的应用于各个领域。激光扫描是一种非接触测量技术，利用激光测距原理快速扫描被测物体表面，并获取大量密集点的空间坐标和反射率等信息，具有高速率、高精度、高密度、非接触式、主动式和数字化采集的优点。2.2目的和意义本标准编制的主要目的①解决施工段路基路面如何快速测量，准确检测的问题；②解决路基填土过程及完成后、边坡施工、排水系统需要人工反复测量的问题；③解决路基填土高程控制不准确、填筑层厚不易控制等问题；④提出运用激光全断面扫描技术分析的方法步骤。通过三维激光扫描仪对扫描目标整体或局部进行完整的三维坐标数据测量，可得到完整、全面、连续、关联的全景点坐标数据，通过无人机测量、无棱镜测量等方法获得路基断面点云，从而能全方位、快速、准确和高效率地进行全断面数据的量测。同时大量节约测量成本、时间，提高测量的精度。3编制说明2.3标准编制的必要性①路基验收过程中质量控制的需要。长期以来，路基填土过程及完成后、边坡施工、排水系统控制一直是困扰工程技术人员的难题。本标准使用的仪器，能够进行路基路面全断面扫描，能够得出路基断面内的任一点的高程，从而能够快速对施工段路基进行检测。②提高测量效率减少工程测量成本。智能化、数字化检测方法和点云技术在数据采集过程中，测试速度快，应用人工更少，数据处理方便，提高了工作效率，降低了工程测量成本及工作量。③数字化、智能化检测设备的推广应用的需要。随着测量技术的发展，智能化、数字化、可视化功能被植入测量仪器中，成为公路测量工作创新的发展趋势。为了更好地推广新设备和新方法，提高效率、节约成本和提高数据的准确性，制订这方面的标准成为必要。④标准化建设的需要。新技术、新设备、新工艺的应用，形成标准操作文件，有利于工程规范，是标准化工作的重要内容。2.4国内外情况①知网查询“激光雷达+测量”主题词，共有研究论文1600篇，其中在2013年之前，以学位论文较多，说明在2013年之前，本技术还处在研究阶段，2013年至2017年之间，主要集中在硬件设备开发方面，而在2017年之后的论文，主要集中在设备应用，且涉及应用的领域包括交通、建设、水利、电力、矿山等领域，说明该技术已经处于非常成熟阶段。②国家图书馆上述关键词，共有书籍24部，主题为激光扫描技术应用。③在全国团体标准信息平台和标准搜平台搜索“激光扫描”关键词，查询到《实景三维地理信息元（GB/T39608-2020）等有关的标准。本标准为针对激光全断面扫描技术指南，为这些标准的细化、补充，部分标准可做为本标准的上位标准。质量检验评定标准》（JTGF80/1-2017）可作为本标准的上位标准。激光全断面扫描技术在中交路建常泰大桥应用过，取得了良好的效果。2.5对促进行业发展的预期效果本规程涉及的智能化、数字化检测方法应用，对促进行业发展具有很重要意义。①提高了路基的测量精度。可以精准地测量路基的高程、坡度。②促进了设备的迭代升级。智能检测设备取代传统的测量设备是测量行业大趋势。③给出路基智能化检测方案，节省了测量时间、成本，提高工作效率。该标准的编制可以将智能化、数字化测量设备推广至全省公路测量、检测工作中。①推广数字化、智能化新设备的应用。②规范路基的测量管理工作。4编制说明③降低路基质量验收检测时的人为因素，保证了路基测试断面与设计断面形式高度吻合。④成为江苏省公路又一创新成果，对于江苏省公路标准化工作起到添砖加瓦的作用。⑤对于新仪器推广起到示范引领作用，对品质工程的创建有极大的促进作用。3编制原则和依据3.1标准制定原则《公路路基路面施工智能测量技术规程激光全断面扫描》以国家现行的施工标准作为本文件编制依据，结合目前国内外各激光雷达、无人机等设备厂家产品的特点，特别是激光扫描仪器的可靠性、效率、功能等特点制定本标准文件。主要遵循以下原则：3.1.1问题与需求导向原则标准制定充分调研了各施工、监理单位智能设备需求以及智能量测施工取得的经验，同时，结合国内点云扫描设备厂家产品技术特点及我省施工标准的建制情况，制定适用于我省智能测量技术的施工测量规程。3.1.2科学完整原则本文件规定了智能测量的基本规定、点云数据采集、点云数据处理、路基分层填筑、边坡施工、排水系统等应用和成果输出等内容，对智能测量的全过程进行了规定，做到了完整统一。3.1.3规范实用原则本标准具有规范性和实用性，是在对目前国家及行业现行相关标准、规范充分理解的基础上进行编制，本标准的适用范围、软件、硬件条件、数据采集和处理、成果输出等内容准确、简洁、明晰，并且具备可操作性、可评估性和经济合理性。3.2标准制定依据在制定标准过程中，本标准课题组严格遵循以下标准化法律、法规、规范的规定，作为本标准起草的重要依据：GB/T18314全球定位系统（GNSS）测量规范GB／T18316数字测绘产品检查验收规定和质量评定GBT36100机载激光雷达点云数据质量评价指标及计算方法CH/Z3017地面三维激光扫描作业技术规程CH/T8023机载激光雷达数据处理技术规范CH/T8024机载激光雷达数据获取技术规范JTGC10公路勘测规范JTG/T3610公路路基施工技术规范JTG/TF20公路路面基层施工技术细则JTGF40公路沥青路面施工技术规范5编制说明3.2标准制定参考文献[1]邓继伟.融合无人机激光点云和影像的新建铁路交叉测量方法研究[J].铁道勘察.2024,50(05)：85-89.[2]蒋志昊、石一凡、王金东.基于无人机机载激光雷达的退圩还湖实施效果监测[J].水利信息化.2024(05)：103-106.[3]曹杰.激光雷达三维成像仿真技术研究与现状[J].激光与光电子学进展，2019(11)：86-90.[4]袁铭均.浅析基于多旋翼无人机的机载激光点云树障隐患的识别[J].中国设备工程.2021(18)：132-136.[5]王艺浩.基于三维激光点云的山区路面结构尺寸检测研究[D].2020.[6]方莉娜，杨必胜.车载激光扫描数据的结构化道路自动提取方法[J].测绘学报，2013，42（2260-267.[7]房华乐.面向对象的移动激光扫描点云数据提取城市道路信息方法研究[D].泰安：山东农业大学，2014.[8]骆磊，马荣贵，薛昊.基于无人机的道路点云数据分割提取算法[J].计算机系统应用，2020，29（2）：169-174.[9]惠振阳，胡友健，康妍斐.基于反射强度偏度平衡的道路点云提取算法[J].激光与光电子学进展，2018，55（2）：439-445.[10]胡啸，黄明，周海霞.车载激光扫描数据的高速道路自动提取方法[J].测绘科学，2019，44（3）：101-106，158.4主要条款依据国家有关公路工程勘测以及激光扫描的标准和规范、江苏省内团体标准、施工指导意见等规范对测量工作的要求，认真分析总结各施工单位测量工作经验，重点对仪器使用、软硬件参数、点云解算、路基工程应用等方面做出了规定。分别从智能测量的基本规定、设备与软件、路基断面扫描、数据处理等4个方面进行了研究讨论和总结。本团体标准的主体内容主要参考国家有关测量、激光扫描等行业标准、江苏省内施工指导意见、团体标准以及建设相关标准规范，同时结合点云扫描技术的成功经验，并征求的各相关单位意见进行起5主要技术内容确认的依据（1）本标准章节3中有关标准的定义，参照了相关论文文献以及现行标准进行了定义。（2）本标准章节5.1.1中“智能测量仪器宜采用智能激光雷达扫描仪”及设备参数，自编标准。主要参考了智能激光雷达扫描仪设备提供厂家的产品性能，并根据施工中产品在使用中反馈制定。6编制说明（3）本标准章节5.1.3中无人机设备参数的条款，自编标准。主要参考了无分机飞行设备提供厂家的产品性能，并根据施工中产品在使用中反馈制定。（4）本标准章节5.1.4中“智能测量使用软件应满足以下要求”。主要考虑减少使用单位的工作强度，提高自动化施工水平，通过点云建模，使使用人员更直观、精准的进行量测，自编标准。（5）本标准章节5.2.2中“仪器自带软件根据仪器功能配置，不同型号仪器功能配备相应的功能实现软件。仪器自带软件有激光扫描信号转换软件、移动载体姿态调整软件以及GNSS信号接收软件等”。规定了仪器自带软件所具有的基本功能，可根据实际情况增加软件功能。（6）本标准章节5.2.4中“点云数据处理软件应有建立坐标系的功能、生成全景照片功能和导出三维点云模型功能”。通过点云后处理必须功能，减少数据处理强度，自编标准。（7）本标准章节6.1.1中“应对路基路面、边坡、排水系统进行探勘，了解其所在地形地貌情况、设计线型、周围建筑物以及植被覆盖遮挡情况，确定扫描方案。”自编标准。（8）本标准章节6.1.1a中“针对环境比较开阔，没有比较高的障碍物、高压线、信号塔等，可以采用飞行方式采集数据。提前规划飞机轨迹，无人机自动按照规划的飞机轨迹进行数据采集工作”的规定。引用CH/T8024中相关条款，进行汇总编制。（9）本标准章节6.1.4中“按照飞行计划，无人机开始飞行并进行数据采集。在飞行过程中，保持无人机的稳定并尽量避免干扰和振动”，根据飞行数据信号的稳定性要求进行编制，自编标准。（10）本标准章节6.2.2中“施工前对路基路面进行第1次全面扫描，下一层施工完成后再进行第2次扫描。按两次扫描的顶面差值可进行施工工程量计算。工程量计算常用方法有DTM法、方形网格法、等高线法、剖面法等。宜使用DTM法计算”引用CH/T8023中相关条款，进行汇总编制。（11）本标准章节6.2.3中“无人机搭载激光雷达系统起飞，按照规划的航线进行飞行。在飞行过程中，激光雷达系统持续发射激光束并接收反射回来的信号，从而获取地面点的三维坐标信息，形成点云数据”，分析机载雷达量测和车载雷达量测的区别，进行编制，自编标准。中“边坡测量至少应包含边坡坡度、边坡高度、纵断线型以及平面特征线等数据”，6.4.1中“边坡测量至少应包含边坡坡度、边坡高度、纵断线型以及平面特征线等数据”，根据JTGF80/1对路基分层填筑、边坡、排水系统的评价要求进行制定。（13）本标准章节附录A中介绍了航线间重叠区域平差处理方法，为自编标准。6与有关的法律、法规和国家标准的关系本团体标准依据国家在测量、勘测和激光扫描、路基路面施工检查方面的标准，针对目前激光点云的公路工程应用现状而制定，重点对点云数据采集、点云数据处理、道路断面扫描数据的提取和成果输出等进行了规范。本标准在编制过程中查阅了较多的有关测量、激光扫描、路基施工的等相关的国家及行业标准、参考文献。7编制说明7重大意见分歧的处理依据和结果无8采标程度8.1主要采用的标准本文件采用了下列标准中的个别条款内容。GB/T18314全球定位系统（GNSS）测量规范GB／T18316数字测绘产品检查验收规定和质量评定GB／T36100机载激光雷达点云数据质量评价指标及计算方法CH/Z3017地面三维激光扫描作业技术规程CH/T8023机载激光雷达数据处理技术规范CH/T8024机载激光雷达数据获取技术规范JTGC10公路勘测规范JTG/T3610公路路基施工技术规范JTG/TF20公路路面基层施工技术细则JTGF40公路沥青路面施工技术规范SJ21226电子装备逆向工程三维建模技术要求8.2采标程度本团体标准采用了上述标准的部分内容，采标率为3%左右。9贯彻标准的措施建议9.1推进应用加强标准在各单位的应用，推进标准实施。建议江苏省公路施工单位、监理单位、中心试验室单位、技术服务单位在施工过程中，积极采用智能量测