高精度智能化公路勘察设计成套技术研究77页图文并茂

项目背景12关键技术3主要成果4产业应用5拓展应用1项目背景交通建设覆盖区域不断扩大，建设要求不断提高1项目背景工程向复杂地区延伸无人区密林区灾害区特大异型工程迫切需要对现有勘察方法进行变革！对现有设计模式进行创新！勘察设计施工设计是工程的灵魂，勘察是设计的基础1项目背景1项目背景勘察设计问题与局限性野外工作量大新技术的出现，问题仍未根本解决！全方位方案比选难生态环境破坏严重周期长、效率低1项目背景采用航测建模和传统设计模式自动化程度低外业工作量大技术优点行业应用局限性：数据信息丰富数据采集精度高——三维激光雷达国内外研究现状1项目背景卫星数据及定位参数获取困难信息丢失多仅满足初步设计要求国内外研究现状——高分辨率卫星遥感技术优点行业应用局限性三维建模快范围广1项目背景国内外研究现状——三维地理信息系统人工建模数据精度、智能设计的可靠性难以满足工程设计需求场景逼真，可视化动态浏览技术优点行业应用局限性广泛应用于数字城市、国土规划、导航等领域1项目背景数据采集手段多元化数据模型实时动态化设计方式三维可视化二维设计环境三维设计环境发展趋势空间信息技术计算机技术传感器技术1项目背景从2000年开始，历时10年研发与实践突破了从数据采集、三维环境构建、公路智能设计一系列关键技术实现了高精度智能化公路勘察设计勘察设计新模式真三维工程环境构建公路智能设计一次勘测，全程应用实时比选、实时建模切入点无人区高山区灾害区勘察实施难交互差比选难周期长设计效率低一、项目背景总体思路1项目背景项目背景12关键技术3主要成果4产业应用5拓展应用2主要技术——成套技术多源异构海量数据融合技术数字高程基准建立技术海量数据管理与建模技术多源海量数据获取技术高精度真三维工程环境构建真三维公路智能设计技术真三维参数化自动建模技术真三维公路设计技术方案智能分析技术方案快速比选优化技术成套技术激光雷达扫描技术GPS定位技术航测遥感影像获取技术公路参数化建模技术工程与环境无缝衔接技术2主要技术——成套技术•平面线形设计•纵断面设计•横断面设计道路三维设计•道路路基建模•边坡模型构建•桥隧模型构建•道路整体建模道路三维建模•多源异构海量数据融合•数字高程基准建立•海量数据管理与建模工程环境构建常用道路设计软件交互•LiDAR数据采集•航测遥感影像获取•数据规格化处理数据采集处理土石方计算基本量算视域分析环境分析坡度分析方案比选2主要技术（1）—多源数据采集手段多源数据集成从宏观到微观全面展现机载激光车载激光地面激光卫星遥感影像航拍影像2主要技术（1）—多源数据精确融合DEM数据正射影像图点云数据地形图快速获取路线区域的DEM、影像图、地形图、三维模型；为设计提供准确的地形资料；精确的土石方、工程量计算；为征地、拆迁提供精确的影像图；为智能选线、三维设计提供基础；分类后的建筑物激光点云航空影象参数与控制点地面扫描点云地面扫描数码照片外业拍照精细屋顶的建筑物体框模型建筑物侧面细节要素、城市小品位置/尺寸信息的提取数字正射影象真三维道路场景数字高程模型道路高精细矢量模型制作2关键技术（1）—多源数据精确融合流程点、影像集成机载、地面集成地形、模型集成2主要技术（1）—LiDAR数据采集方法彩色航空数码相机惯性导航系统(IMU)动态载波相位差分GPS系统(DGPS)激光扫描测距系统具有相机参数，还原影像虚拟控制点最小二乘匹配模型QR=[q0,q1,q2,q3]Tq02+q12+q22+q32=12主要技术（1）—多源数据融合方法七参数+四元素坐标转换模型激光雷达坐标系载体坐标系北东天惯性坐标系WGS-84大地坐标系激光扫描原始数据POS原始数据后处理(,)(,,)BLH(,,)pra(,,)neu(,,)xyz(,,)xyz激光数据解算POS解算及内插坐标转换解决的问题：基准不统一；数据融合难；模型精度低。2关键技术（1）—多源、异构、海量数据精确融合集成效果原始激光扫描数据影像数据叠加集成2主要技术（2）—GPS精密高程测定建立难维持难统一难2关键技术（2）—GPS精密高程测定方法早期模型GRACECHAMPGOCE大地水准面重力场模型2主要技术（2）—GPS精密高程测定精密高程基准面（大地水准面）实现真正意义上的三维精密定位卫星导航定位建立了精细带状数字高程基准，结合GPS技术，实时获得了工程区域内达二等水准精度的任意点高程。2主要技术（2）—GPS精密高程测定方法h=HGPS-N国家海拔高程（基准）零点上的海拔高h0=0，椭球高h0=N0≠0h:海拔高HGPS:GPS椭球高N:大地水准面高HGPSh=?NN0参考椭球面水准测量不可达山区GPS海拔高测量平坦地区水准测量地形表面以大地水准面为基础的测绘基准体系具有稳定性、连续性、独立于地面标石、抗灾性等特性。因此只需建立区域大地水准面模型，就能利用此新技术精密测定海拔高程。2关键技术（3）——高精度真三维工程环境基础数据管理数据处理海量数据管理多源数据多源影像数据融合点云滤波与质量评价DEM制作及精度改善2关键技术（3）——高精度真三维工程环境基础数据管理倍率方法组织、构建多分辨率多尺度三维模型，支持TB级数据多级缓存的GPU加速渲染技术解决的问题：海量数据管理难；可视化效率低；三维场景失真。实现了高密度精细三维实体模型的管理及可视化，为真三维道路智能设计奠定了基础。2主要技术（4）——三维道路智能设计道路设计方案快捷展示和分析有利于对设计方案总体把握快速比选和优化设计方案二、三维交互设计，方便，快捷、灵活。实现二、三维道路设计界面联动显示，设计线路更加直观、合理，便于优化。2主要技术（4）——三维道路智能设计常用道路设计软件（CARD/1,纬地等）数据接口真三维道路智能设计系统实现了与多种道路设计软件、设计方法及基础数据的全兼容。体现出继承与发展的理念。2主要技术（4）——三维道路智能设计具备完备的平、纵、横设计功能。整个设计过程可视化，更有利于设计人员对设计方案的实时调整、修改。通过高精度的基础数据获得精确的工程数量。2主要技术（4）——三维道路智能设计2主要技术（4）——三维道路智能设计虚拟放样、自动横断面测量使得大量外业工作能够在室内快速完成，大大减少了野外工作量虚拟放样自动断面测量2主要技术（4）——三维道路智能设计地质环境分析填方挖方填挖方统计分析2主要技术（4）——三维道路智能设计方案C方案D方案A方案B设计方案比选优化2关键技术（5）——公路参数化自动建模公路模型自动构建弯道自动拟合地形自动处理道路三维建模：道路整体三维模型构造物三维模型(如桥梁、隧道、涵洞等)附属设施三维模型(如道路的护栏、里程路标、路灯等)道路整体三维建模流程平面数据纵断面数据三维道路中心线横断面数据道路路段三维模型道路断面特征点道路整体三维模型地形自动交割道路三角格网实时构建实时真实纹理渲染解决的问题：建模效率低动态调整困难方案展示不直观原始工程环境2关键技术（5）——公路参数化自动建模道路模型自动构建并与真三维场景无缝衔接。能够实现公路模型的自动构建与动态更新，且在公路工程建设、管理和养护等方面具有广泛的应用前景。2关键技术（5）——公路参数化自动建模2主要技术交通、测绘、遥感领域的5位院士对本项目成果给予高度评价：项目总体达到国际先进水平。多源激光数据集成技术、长距离带状复杂区域数字高程基准建立技术、真三维实景下的道路智能设计技术达到国际领先水平。项目背景12关键技术3主要成果4产业应用5拓展应用3主要成果国家标准2项国家授权发明专利2项，实用新型专利1项软件著作权19项专著4部论文100余篇省部级科技进步奖2项，优秀工程奖6项其中，2011年中国公路学会科学技术特等奖项目背景12主要技术3主要成果4产业应用5拓展应用4产业化应用在全国11个省市自治区3700余公里公路项目中推广应用新疆西藏四川-重庆贵州广西海南云南江西广东福建麦盖提至喀什高速库车至阿克苏高速乌尔禾至福海高速喀什至伊尔什克斯坦高速哈密至明水高速新疆交通建设管理局新疆公路规划勘察设计研究院中交宇科（北京）空间信息技术有限公司北京华景交通新技术开发有限公司中交第一公路工程局有限公司西藏国道巴青至达麦公路改造西藏交通公路勘察规划设计院中交宇科（北京）空间信息技术有限公司四川绵竹至茂县公路重庆三环高速永川至合川段广西交通规划勘察设计研究院中国公路工程咨询集团有限公司广西梧州至贵港高速广西钦州至崇左高速福建永春至永定高速福建宁德至武夷山高速福建省交通规划设计院中咨华科交通建设技术有限公司龙岩双永高速公路有限公司江苏省交通科学研究院股份有限公司四川绵茂公路建设投资有限责任公司广东潮州至惠州高速中交第一公路勘察设计研究院工程推广应用4产业化应用新疆西藏四川-重庆贵州广西海南云南江西广东福建新疆西藏四川-重庆贵州广西海南云南江西广东福建加蓬莫桑比克莫桑比克马奎托大桥连接线解决了海外项目勘察设计难的问题海外推广应用4产业化应用（案例一）四川绵竹到茂县山区公路无人区地形复杂，峰峦叠嶂，河谷深邃，悬崖壁立；测区无控制点，周边测绘基准遭受了毁灭性的破坏；泥石流、堰塞湖遍布，余震不断，无法利用埋石来维持基准；蓝家岩特长隧道长约8km，穿越龙门山脉。特点多源数据采集+GPS精密高程测定+真三维道路智能设计对策4产业化应用（案例一）四川绵竹到茂县山区公路突破了高程基准建立难、维持难的难题，构建了高精度真三维工程环境，大量野外工作在室内进行，完成了传统技术手段难以完成的工作。4产业化应用（案例二）广西梧州至贵港高速公路山高林密，地形复杂，传统测量需要砍伐大量树木，破坏环境。多源数据采集+GPS精密高程测定+真三维道路智能设计特点对策4产业化应用（案例二）广西梧州至贵港高速公路克服了植被茂密勘察困难的难题，大幅度提高工作效率,并达到保护环境、最大限度减少生态影响的目的。4产业化应用（案例三）地处无人区，地面控制点少、自然条件复杂，气候恶劣，作业条件复杂，传统勘察设计困难。多源数据采集+GPS精密高程测定+真三维道路智能设计新疆哈密—甘肃明水高速公路特点对策4产业化应用（案例三）新疆哈密—甘肃明水高速公路大幅提高工作效率，缩短了建设工期；降低了工程成本经济效益达28.6亿元。其中，直接经济效益约11.3亿元。4产业化应用——经济效益项目背景12主要技术3主要成果4产业应用5拓展应用5拓展应用勘察设计建设管理养护管理运营管理应急管理出行服务在高精度公路智能勘察设计成套技术的支撑下，所构建的真三维工程环境及道路三维模型，为建设数字化公路提供了高精度真三维GIS平台。在此基础上进行了公路可视化建、管、养等一系列后续业务应用研究。高精度真三维公路GIS高精度真三维公路GIS建设管理养护管理运营管理应急管理出行服务高精度公路智能勘察设计成套技术高精度真三维工程环境构建真三维公路智能化设计多源数据融合三维工程数据管理精密高程测定三维公路智能设计参数化建模5拓展应用建设资料养护资料路政资料运营资料……5拓展应用建设管理养护管理运营管理应急管理出行服务建设管理养护管理运营管理应急管理出行服务5拓展应用建设管理项目协同办公与综合信息集成沟通客户端高精度真三维公路GIS计划进度管理质量管理费用管理合同管理建设数据库设计数据库安全管理5拓展应用通过三维形象进度方式展现实际工程进度过程通过摄频技术对隐蔽工程的监察利用可视化的信息化手段对设计资料及设计变更的管理项目实现了建设项目全业务、全过程、多层次的动态可视化管理建设管理新疆建设施工管理系统项目5拓展应用建设管理协同办公计划进度管理隐蔽工程监控计量支付工程量统计细目编号工程或费用名称单位数量单价(元）合价(元)100章总则103-1临时道路km103-2临时涵洞m103-3临时轨道铺设km103-4临时电力线路km103-5临时电信线路km103-6路面恢复m2200章路基202-1清理与掘除工程量清单3