公路路基路面施工智能测量技术规 程 激光全断面扫描

ICS93.080.01

CCSP66

团体标准

T/JSJTQXxx—2024

公路路基路面施工智能测量技术规

程激光全断面扫描

Technicalspecificationforintelligentmeasurementof

highwaysubgradeandpavementconstruction-Laserfull

sectionscanning

202x-xx-xx发布202x-xx-xx实施

江苏省交通企业协会发布

T/JSJTQXxx－2024

公路路基路面施工智能测量技术规程

激光全断面扫描

1范围

本文件规定了公路路基路面施工智能测量技术中激光全断面扫描技术的基本要求、仪器及软件、施

工测量、扫描质量评价和改进。

本文件适用于公路路基路面智能测量。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

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

SJ21226电子装备逆向工程三维建模技术要求

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

激光扫描Laserscanning

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。

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3.2

激光点云LIDARpointclouds

通过激光扫描捕获的点云。

3.3

实时动态测量real-timekinematic，RTK

利用全球定位系统进行的实时动态位置信息测量。

注：RTK又名实时动态差分定位。采用差分GNSS三类（位置差分、伪距差分和相位差分）中的相位差分技术，在

野外实时得到厘米级定位精度的测量方法。GNSS-RTK系统基准站由基准站GNSS接收机及卫星接收天线、天线电数据

链电台及发射天线、直流电源等组成。

3.4

边界采样间距boundarysamplinginterval

激光点云计算时，在计算范围线上的高程点间距。

注：当高程点间距过大时，根据设置间距，由计算软件自动内插高程点。边界采样间距可以根据所测地形情况进行自

定义输入至计算软件。

4符号

下列符号适用于本文件。

H：机载式测量时相对航高，m

fc：焦距，mm

μ：扫描仪镜头尺寸，mm

GR：地面分辨率，m/像素

σ：高程中误差，mm

5设备和软件

5.1设备

5.1.1智能测量仪器宜采用智能激光雷达扫描仪。仪器应满足以下要求：

a)采用非光学成像原理的主动测量方式，不受日照、大气及自然阴影影响；

b)可穿透植被等覆盖物直接获取距离观测值，获得精确的点云数据；

c)结合遥感影像、摄影正射影像和高精度激光点云，快速获取路线平面位置和高程坐标；

d)具有智能型用户接口，用以输入和输出数据；

e)能自动生成公路路基路面断面和表面数据。

5.1.2智能激光雷达设备参数应满足以下要求：

a)激光波长：903nm或其他波长；

b)测量范围：最大范围取决于反射率，应具备高反射率；

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c)测距精度：±3cm；

d)扫描频率：5HZ~20HZ；

e)角分辨率（垂直）：2.0°；

f)角分辨率（水平）：0.1°~0.4°；

g)安全等级：1级。

5.1.3无人机设备参数应满足以下要求：

a)类型：适用于小范围、复杂地形的测绘任务。

b)起飞重量：不小于15.5kg；

c)续航时间：不小于作业时间（3.2kg载荷）约20分钟；

d)风抗性：不小于8m/s；

e)速度：不小于18m/s（无风）；

f)巡航半径：不小于2Km；

g)使用温度：-10℃~40℃。

5.1.4智能测量使用软件应满足以下要求：

a)能准确快速地进行数据处理，降低点云数据处理时间；

b)人性化操作界面和自动化操作步骤；

c)能实现点云数据自动拼接和坐标系转换，能将扫描数据直接与绘图软件协同，实现虚拟现实化和

一体化。

5.2软件

5.2.1软件包括仪器自带的系统软件和数据后处理软件两部分。

5.2.2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。

5.2.3点云数据处理软件应具有点云数据提取和格式转换功能，可根据需要进行相应格式转换。

5.2.4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。

5.2.5点云数据处理软件应能提取基于点云特征图像，并具有基于扫描线和基于聚类分析的功能。

5.2.6点云处理软件应兼容常用品牌型号的激光雷达扫描仪。

6路基断面扫描

6.1测量准备

6.1.1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。扫描方案宜满足以下要求：

a)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；

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b)不具备飞行条件，或者需要连续作业的情况下，使用车载方式进行数据采集，航测精度更高。

为了提高效率，可以同时架设2架无人机同时航测作业；

c)在飞机区域标定3-4个坐标点，用明显的标志做标记，测量这些点的平面坐标，用水准仪测量

高程坐标。目的是将这几个点的坐标导入后处理软件，做为飞行区域的高程标定，确保航测区域高程精

度。

d)确定测绘区域，规划航线、高度等参数，确保无人机能够安全、有效地覆盖整个测量区域。

e)根据测绘区域的特点和需求，选择合适的无人机平台和激光雷达系统。

6.1.2编制测量方案，选择测量仪器，熟悉设计图纸，并应准备相关技术文件、资料，在测量前，应将

路基路面高程和坐标设计数据输入到激光雷达扫描系统中。

6.1.3制定详细的飞行计划，包括起飞点、着陆点、航线等。同时，在无人机上预装相应的软件和传感

器，并充分考虑天气状况。

6.1.4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。

6.1.5在使用仪器前1天，应对仪器进行充电，并配备备用电池；应配备至少2名测量技术人员，技术人

员应经培训。

6.2分层测量

6.2.1路基路面分层施工时，应每层施工完成后进行测量。路基及路面测量至少应包含横断面、纵断面

以及平面特征线等数据。

6.2.2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。

6.2.3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。

6.2.4无人机机载激光扫描分层测量点云数据采集程序如图1所示。

准备工作数据采集

现场踏勘、方案准备现场准备、仪器准备

参数设定

飞行准备

原点设定

飞行规划

扫描施测

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图1无人机点云数据采集流程

6.2.5使用机载式激光雷达扫描仪器采集点云数据，应满足以下要求：

a）按探勘情况和预设方案进行航线设定，确定航线间距和重叠度、相对航高、航线数量等。航带

重叠度宜在30%左右，不宜过度重叠航带。相对航高H按公式（1）确定。

GR

Hf…………（1）

c

式中：

H——机载式测量时相对航高，m；

fc——焦距，mm；

μ——扫描仪镜头尺寸，mm；

GR——地面分辨率，m/像素。

b）无人机飞行校正方案应满足CH/T8024的要求。施测之前应对姿态角和航偏角进行改正以提高精

度。姿态角改正方法为：在两条对向飞行航线点云上,选择一处“人”字形房顶,方向垂直于飞行方向。

通过测量两条“人”字形房顶的点云,获取其夹角θ,其改正角度为θ/2；航偏角的改正方法为：检校场

范围内同向飞行的两条航线间公共重叠区域内，选择“人”字形房屋，并且其屋脊平行于飞行方向。两

条屋脊点云线的夹角为θ，其改正角度为θ/2；

注：此方法用于减小侧滚角偏移。

c）数据采集时，点云数据密度应能满足内插数字高程模型数据要求，设定激光扫描密度为5点/㎡～

6点/㎡，且应满足CH/T8024和GB/T36100的要求；

d）数据采集时选择晴朗和风小天气，确保模型清晰度和精确度；

e）合理布设地面基准站以有效减少大气误差、电离层延迟误差、对流层延迟误差等。流动站安置

在无人机上，将基准站和流动站采样间隔均调设成1″，待扫描作业正常完成后，下载基站数据、流动

站数据及MU数据，并进行联合解算，计算每个扫描点外方位元素及其航迹线；

f）对机搭载系统要求、测量过程中对无人机的要求满足CH/Z3005的相关规定；

g）在测量物附近选择明显特征点作为像控点，保证像控点能被机载系统捕获，并利用RTK测量出

像控点坐标；

h）在航线间公共重叠区域进行数据平差处理，具体处理方法见附录A。

6.3边坡测量

6.3.1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。

6.3.2施工前对边坡进行第1次全面扫描，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。

6.3.3边坡测量过程及方法参照6.2.1~6.2.5。

6.4排水系统测量

6.4.1排水系统测量至少应包含边沟底部坡度、边沟断面、纵断线型以及平面特征线等数据。

6.4.2施工前对排水系统进行第1次全面扫描，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。

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6.4.3排水系统测量过程及方法参照6.2.1~6.2.5。

7数据处理

7.1数据预处理

7.1.1对采集到的点云数据进行处理和分析，包括数据提取、配准、建模等步骤。最终生成地形和地物

的测绘结果。

7.1.2点云数据预处理应满足CH/T8023的要求。

7.1.3点云数据预处理注意以下几点：

a)当采集的单幅点云图像无法完全覆盖测量范围时，进行点云拼接及坐标转换；

b)当对以仪器为原点组成的坐标空间扫描时，宜采用全局方式进行拼接，整个方法基于扫描的基点，

通过与基站点同名的相应参考位置数据执行强制拼接，从而使点云坐标数据统一进行转换拼接到该基点

相应的基准点坐标系。拼接误差应控制在20mm以内；

c)应结合现场信息对点云数据进行分析判断，初步确认需要进行处理的点云数据范围；

d）将点云数据导入点云处理软件后，先对点云数据进行肉眼观察，框选出凸起物、明显高处表面的

其它物体等比较明显数据噪点。再利用点云处理软件中弦高差法进行精准定位，不断调整参数进行效果

预览，直至到达较为完美的去噪效果。

e)对于降噪后缺失点无法通过修补优化时，应进行点云数据重新采样；

f)当仪器存储的数据点数量过于庞大时，应对去噪后的点云数据进行过滤精简后再导出，以减小后

期数据处理难度和工作量。

7.2点云数据建模及提取

7.2.1点云数据建模应包括路基及路面的横断面、纵断面以及平面特征线，建模应满足SJ21226的要求。

7.2.2点云数据优化建模应满足SJ21226的要求。

7.2.3点云数据提取应按点云分段、非地面点滤波、地面点粗提取、边界点的细提取、结果聚类、边界

拟合等程序进行。

7.2.4路基路面、边坡、排水系统点云分段可沿施测轨迹按固定间隔进行相同距离划分得到分割点；也

可采用相同数据量进行分段以确保局部范围内的高程不产生较大跨度。

7.2.5采用无人机机载激光扫描技术点云建模及提取步骤如下：

a）航测照片导入专业软件，自动筛选和提取精度符合要求的照片进行拼接，生成带高程坐标的照

片。同时生成航测区域三维模型。

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图2航测照片拼合、三维模型建立

b）生成的每个点都有平面坐标+高程坐标的属性，海量的点云数据，通过高程坐标的颜色渲染，

生成航测区域的三维模型。

图3点云数据模型

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d）将整桩号+偏距的平面坐标导入软件，坐标点拟合在点云三维模型中，可以批量查询和导出对应

的高程值，自动导出平面+高程的三维坐标。

图4导入高程、平面数据后点云数据模型

e）点云三维坐标生成高程模型。

图5高程数据模型

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7.2.6三维建模应注意以下事项：

a)规划三维建模，分析模型结构。对断面内路基、路面、边坡、边沟以及附近建筑物等进行组合，

创建三维模型，再利用多种实体编辑的拉伸旋转等命令进行编辑；

b)可用多种工具进行路基路面空间位置信息的标注；

c)可以根据路基路面材料颜色进行实体渲染；

d)可根据需要生成平面图、纵断面图和横断面图；

e）可用绘图软件中读取任一点高程、任一断面的路基边坡坡度、横坡度，还可根据高程分布判断

路基路面的平整度。

7.3成果输出

7.3.1点云数据成果输出宜还可根据高程分布判断路基路面的平整度采用绘图软件，输出过程为数据采

集、文件格式转换、在绘图软件中连成线框图、对线框图进行修整、在修整图上绘制路基路面三维图、

对路基路面实体模型着色渲染等。点云数据输出时，应注意以下两点：

a）利用三维激光扫描系统获得路基路面三维点云数据在软件环境下对三维点云数据进行优化处理然

后将点云数据保存为通用交换格式以便转入到绘图软件中进行处理；

b）可将三维特征点的坐标提取并输出成文本文