传统勘测在高速公路改扩建工程的应用.docx

传统勘测在高速公路改扩建工程的应用 利用车载LiDAR测量和传统勘测方法分别对某高速公路改扩建项目初测和定测2个阶段进行路面勘测，通过高程精度、效率和安全保障投入3个方面的对比，提出高速公路改扩建路面勘测方法的建议 公路改扩建；LiDAR；勘测 1引言 高速公路改扩建工程需对既有公路平、纵面线形进行测量，需在左右幅中央分隔带边缘和右侧硬路肩外边缘4条线沿同一横断面线上布设测点[1]设计人员根据左右幅中央分隔带边缘测点进行平、纵精确拟合，对测点平面和高程精度有较高的要求，尤其是高程，例如，京藏高速公路石嘴山至中宁段改扩建工程等项目提出平面精度优于5cm，高程精度优于2cm的勘测要求[2,3]实际上，在运营阶段的高速公路上实施高精度高程测量，存在较大的难度和安全风险高精度车载LiDAR测量技术已广泛应用于高速公路改扩建工程中，并有较成熟的应用经验[4]，常用传统公路勘测方法包括GNSS-RTK测量、全站仪测量和水准测量[5]笔者依托浙江省某高速公路改扩建项目，对2种勘测方法的高程精度、效率、安全保障投入3个方面进行对比，提出高速公路改扩建路面勘测方法的建议，对改扩建项目中如何进行路面勘测具有一定的参考意义。

2方法应用 2.1工程概况 某高速公路改扩建工程全长约137km，初测采用车载LiDAR测量，从激光点云数据中获取中央分隔带边缘白色热熔实线(测点1)、各行车道虚线(测点2)、硬路肩左侧白色热熔实线(测点3)和硬路肩右侧外边缘沥青路面线(测点4)等特征点定测采用四等水准结合全站仪免棱镜测量方法进行路面复测，连续复测其中约100km 2.2车载LiDAR测量应用 2.2.1应用概况沿高速公路硬路肩间隔1km布设1个靶标，靶标测量采用RTK高程控制测量方法进行，高程采用RTK高程分4段进行数据采集，最长一段39km，每段架设2个GNSS基准站，每个基准站能够覆盖半径10km范围，GNSS基准站接收机静态数据采集间隔1s，测量车辆以40km/h的速度行驶于硬路肩点云数据经靶标控制校正后，以整20m桩号提取各测点空间坐标2.2.2误差情况上述方法获取的点云高程精度为基于RTK高程，在每2个标靶中间增设一个检核点，检核点采用RTK碎部测量，用于检查激光点云与RTK高程测量差值情况共检查372点，最小差值-1.6cm，最大差值5.5cm，中误差2.01cm其中，误差≤2cm的共214点，占比57.53%；误差>2cm且≤3cm的共140点，占比37.63%；误差>2cm且≤3cm的共18点，占比4.84%。

2.3传统勘测方法应用 2.3.1应用概况先采用四等水准将水准高程从控制点引至硬路肩上，并设转点，再采用RTK放样整20m倍数桩号横断面上的测点3和4，并用红漆标注，为确保作业安全，将测点3向测点4平移0.6m，测量水准转点坐标用作全站仪测站点和定向点接着四等水准沿硬路肩施测，按照“后—后—前—前”的顺序观测，测站过程中同步记录各测点读数全站仪完成设站和定向后，先对定向点观测数据记录，再采用免棱镜对测站的测点1和行车道线进行碎部测量，测点间距控制15m内四等符合水准完成后，平差计算各读数改正值，对各点进行水准高程改正，获取水准高程2.3.2误差情况完成四等附合水准路线35条，最长8.31km，最大符合闭合差19mm，经平差计算后，各转点相对邻近高程控制点精度达毫米级测点3和4与四等水准前后视同站观测，经改正后其精度亦能达毫米级免棱镜对白色物体反射效果最好，精度达毫米级，与测距呈正比[6]全站仪定向距离≤140m，碎部点距离≤70m，碎部点距离≤1/2定向距离，理论上碎部点高程测量误差≤定向高程差值随机抽取300组全站仪定向高程差值，占总测站数19.6%，最大差值+19mm，最小差值-14mm，中误差8.4mm。

20m倍数桩号断面上测点1往往需要通过相邻两碎部点通过内插获取随机抽取相邻连续3点数据100组，点相互平均间距14.6m，通过首尾两点内插获取中间点内插高程(最弱点)对比实测高程差值绝对值最大为20mm，大于10mm数据3个，其余均小于10mm，内插最弱点中误差为7.43mm综上所述，测3和4高程相对邻近高程控制点误差为毫米级，最接近真值通过免棱镜内插获得测点1精度最弱，相对测点4精度能够控制在2cm内 3对比分析 3.1精度对比 3.1.1靶标高程对比初测阶段靶标和检核点使用RTK高程，定测阶段利用测点3和4进行内插获取对应点位水准高程左右两幅各对比329组数据，左幅中误差4.08cm，右幅中误差4.22cm，左右幅差值趋势基本一致，如图1所示差值大于3cm双向共291处，其中198处周边存在(高)边坡或上跨天桥或两侧植被茂密情况，有GNSS信号受干扰的情况在桥台前后，存在个别误差大于5cm的情况，系测量车经过桥台伸缩缝存在震动所致说明高精度要求的高程测量，不宜采用RTK方法，宜采用水准测量，周边存在边坡等障碍物对RTK高程影响较大3.1.2测点1高程对比车载LiDAR测量在硬路肩进行，测点1(即公路纵面高程点)距离最远，相对精度最弱，左右幅各对比5200余组数据，2个阶段差值呈正态分布，详见表1。

左幅差值算术平均值为+0.79cm，中误差为3.11cm；右幅差值算术平均值为+1.17cm，中误差为3.84cm除个别测量数据问题造成的粗差，通过对比2个阶段测点1高程差值与靶标、检核点高程差值之间的关系，其趋势基本一致，如图2所示(以右幅为例)说明基于靶标RTK高程校正的点云高程精度基本等同RTK精度，点云高程精度取决于靶标高程精度3.1.3单幅路面两侧高差对比单幅路面两侧高差即测点1与测点4高程之差，平均间隔1km抽样，左右幅共对比188组数据左幅最小差值-0.47cm，最大差值7.64cm，平均差值3.07cm；右幅最小差值-1.72cm，最大8.16cm，平均差值2.75cm；差值与路面宽度呈正比差值≤1cm和≥5cm各10处，占比5.3%；差值>1cm且≤3cm，106处，占比56.4%；差值>3cm且 3.2效率对比 2阶段各投入2组作业人员，投入情况如表2所示，若采用结合四等水准的车载LiDAR测量，需增加作业员2人，增加10~12工日实际工作中，传统方法外业作业受天气、节假日和交通管控等影响，历时51d完成如表2所示，不管采用何种车载LiDAR测量方法，外业效率均大大高于传统勘测方法。

3.3安全保障投入对比 为对交通影响降至最低，将工作区域设定在硬路肩车载LiDAR测量采用预警车跟随预警方式进行，投入预警车1辆/组即可传统勘测方法采用硬路肩临时封闭方式进行，每次封闭2km，封闭3h，每日封闭2次，至少投入预警车2辆/组、配合封道人员3人和警示锥等资源若靶标采用四等水准测量，亦需采用硬路肩临时封闭方法，单次封闭时间约可缩短一半 4结论与建议 综上所述，得出以下结论和建议：1)采用本文提出的传统勘测方法高程能够满足相对邻近高程控制点高程中误差2cm的要求，但外业作业效率低，内业数据处理工序烦琐，数据复杂，极容易造成数据错误，投入安全保障资源大，采用硬路肩临时封闭对交通有一定影响，受天气、交通管制等制约因素多，工期、进度难以掌控2)车载LiDAR测量作业效率较传统勘测方法高数倍，上路作业时间短，安全风险相对较低，长里程改扩建项目宜采用结合四等水准测量的车载LiDAR测量3)车载LiDAR测量获取点云高程精度取决于靶标高程精度，获取高精度高程须进行靶标四等水准测量，加密布设高程校正点高速公路硬路肩进行四等水准测量，存在水准路线穿越互通、枢纽匝道分(合)流口，存在较高安全风险。

中分带高程校正点采用水准测量，存在横穿高速主线的极大安全风险，建议利用免棱镜多测回方法获取4)对于高程精度优于2cm的勘测要求，不宜使用GNSS-RTK高程，只能采用水准测量建议设计人员根据实际需求提出合理的高程勘测精度要求，比如，提高结构物高程精度要求，降低路基路面高程精度要求5)施工阶段后期的沥青路面施工，高程精度需达毫米级，设计阶段根据勘测纵横断面数据进行造面工程量控制较为困难，建议在施工阶段结合路面特征碎部点水准成果进行纵坡拟合的动态设计 JTG/TL11—2014高速公路改扩建设计细则[S]. 刘娟,徐花芝,李通,等.车载LiDAR测量技术在高速公路改扩建勘测中的应用[J].北京测绘,2017(6):153-156. 李通,张鹏杰,吴学超,等.基于LiDAR的高速公路改扩建勘测关键技术研究[J].北京测绘,2017(6):146-149. 江宇,王国飞,王璐,等.高速公路改扩建新型勘测方法研究与展望[J].地理空间信息,2019,17(10):79-81. 黄文元,党建军,黄爱华.我国公路改扩建工程勘测方法对比分析[J].公路,2011(3):84-86. 霍菲.全站仪测量的精度影响因素分析[J].物探装备,2019,29(1):64-66. 。