专利名称：一种基于精细数字地面模型的公路测设方法
技术领域：
本发明涉及公路勘察设计技术领域，特别是涉及一种基于精细数字地面模型的公路测设方法。
背景技术：
公路的规划和设计与地面特性息息相关，数字地面模型利用数字技术表达地面特性，已广泛应用于公路规划与公路初步设计阶段及公路施工图设计阶段中。目前，现有公路测设工作的一般步骤是1、初测阶段(1)测绘部门根据设计部门提供的批复后的工可线位完成I : 2000数字化地形图；(2)设计部门以I : 2000数字化地形图为数据源建立数字地面模型，进行大范围选线和拟定初测线位(包括推荐线和比较线)；(3)测绘部门根据拟定的初测线位进行初测放线和细部测量，并根据初测放线成果和细部测量对I : 2000数字化地形图进行优化；(4)设计部门以优化后的I : 2000数字化地形图建立路线数字地面模型，进行路线方案比选，确定定测线位；2、定测阶段(1)测量部门根据定测线位进行定测中桩放样和横断面测量，根据中桩、横断面测量数据制作定测阶段的地面模型；(2)设计部门依据定测阶段步骤(I)的地面模型获取公路设计相关地理信息并进行各分项设计，在设计过程中，设计部门还可能局部优化调整路线平面线位，比如如果因平面线位调整导致该地面模型在地域范围上不能满足设计要求，则测量部门还需要进行补充外业数据采集工作和内业修编地面模型的工作。在定测阶段(I)中，由于此模型数据源是基于一定中桩间距的路线法线方向的横断面数据组成，因而存在断面间细部点缺失和地面特征线缺失情况，以致对模型的精度造成很大影响。由此可见，在公路初测阶段，通过大范围快速选线，根据各项设计指标进行深度比选来确定最优的路线方案等方面，路线数字地面模型发挥了巨大的技术优势。但是，在公路施工图设计阶段，对地形有关的地面特性信息，如涉及高程、坡度、坡向等地貌信息的精度和准确度和涉及水系、管线网、路网、建筑区等地物信息的位置精度和准确度及内容详细度均具有高的要求。因此，在公路规划与公路初测阶段以路线I : 2000数字化地形图为数据源建立的路线数字地面模型，不能直接应用于公路施工图设计。在现有技术中，在公路施工图设计阶段，需要以路线中桩放样成果(即纵断面数据)、横断面数据以及细部测量成果为地理信息基础开展各分项详细设计，如路线平面设计、路线纵向设计、路线横断面设计和构造物设计等。其中，横断面数据的获得一般采用横断面测量方法，该方法是根据定测线位，先进行中桩放样，再逐桩测量横断面。该种测量方法的缺陷是(1)该方法沿用至今，在技术上并没有实质性地发展，改进的地方仅仅在于测量仪器由皮尺、经纬仪、水准仪改进为全站仪和GPS-RTK，然而，由于中桩法线方向(即横断面方向)的确定是近似值，因此在地形起伏大的地段，其精度误差易超出规范的限值；(2)内业数据处理自动化程度低，导致工作效率较低；(3)传统的横断面测量方法在工作流程上只能在初步设计评审后，根据评审意见调整平面线位后才能开展工作，因此，一旦事后定测线位稍有修改，原先的局部横断面测量成果基本报废，需设置断链桩和进行外业补测，重复性劳动大幅度增加，如果勘察设计工期短，只有投入足够多的熟练人力资源和设备才能保证勘测进度和质量，如此，大大提高了施工成本。综上所述，在公路施工图设计阶段，传统的公路测设方法存在工期、成本和质量的矛盾，在我国国民经济高速发展的今天，在需加快公路基础设施建设的背景下，公路勘测设计工期普遍偏短，以往通常以二维线划图和数据表的形式表示地理信息，存在着直观性差和不便使用的问题，这迫切需要通过技术创新解决传统公路测设方法工期长、成本高、质量不稳定和测量成果形式单一的技术问题。
另外，机载LIDAR技术在地形测绘、环境检测、三维城市建模等诸多领域具有广阔的发展前景和应用需求，而该技术在公路勘测中的应用也越来越广泛。机载LIDAR(即机载激光雷达)是一种安装在飞机上的机载激光探测和测距系统，它可以量测地面物体的三维坐标。机载LIDAR的激光点云高程测量精度能够满足I : 2000数字化地形图的要求，相对于地面测量高程点，激光点云的平均密度大幅度提高，但是，无论单独利用激光点云，还是经过地面参考面高程改正的激光点云均无法建立更为精细的地面模型，这是因为①由于地面参考面太少或局部测区高程异常的差异较大，而且激光点云高程还存在系统误差，导致测区各局部区域的高程精确度不一致；②激光点不能有选择性地连续扫描在地形特征线和地形断裂线上，如公路设计关键要素的沟顶线、道路边缘线等；③由于地表上层乔木植被密集，导致局部测区落在地面上的激光点密度不足；④由于地表低层灌木植被密集，局部测区分离地面和非地面激光点困难，导致局部测区部分激光点落在地面上，部分激光点落在植被上，形成所谓“伪地面激光点”;⑤因水面不能反射激光，或激光回波信号弱，导致水面无激光点或激光点精度差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于精细数字地面模型的公路测设方法，可取代传统二维平纵横断面图，以三维空间形式直观且快速地进行规划、多方案比选，并可快捷查询勘测设计所关心的各种参数，如目标三维坐标查询、两点间的距离查询、区域面积查询、缓冲区分析、土石方量计量、水淹没模拟分析等等，使庞大而复杂的公路勘测设计工作大大简化。本发明的目的通过如下的技术方案来实现一种基于精细数字地面模型的公路测设方法，其特征在于具体包括以下步骤一、在定测阶段，根据公路勘察设计项目规模和等级，确定源数据采集方式和作业路线，所述源数据包括用于构建精细数字地面模型的点集和线集；公路勘察设计项目规模和等级的具体含义是规模是指作业范围的公路长度、工作量等，例如公路长度越长，工作量越大，规模也就越大；而等级是指公路等级、精度要求等，在本技术领域中，对规模大小的划分并无确定界限，比如10公里二级公路与50公里的一级公路，可分别采用外业人工实测、传统航测与机载LIDAR等不同方法或路线。I、点集的采集方式(I)地面测量高程点采用全站仪极坐标法、全站仪自由设站法或GPS-RTK测量法采集测区的地面高程点以获取地面测量高程点的点集，其中，采用全站仪自由设站法时，将全站仪测站坐标系成果转换为工程坐标系成果；(2)采用航空摄影测量高程点采用航空摄影测量加密采集无植被测区的高程点，利用数字摄影测量工作站获取航空摄影测量采样高程点的点集；(3)采用机载LIDAR系统激光扫描高程点①通过映像图或者实地观察，分析测区地表植被的分布特点和疏密程度，确定是否在局部测区采用激光高程点；若采用，则根据地面測量高程点数据建立狄罗尼三角网，对局部测区的激光高程点再次进行高程改正；②采用机载LIDAR系统通过増加地面參考面激光扫描高程点，获取局部测区的激光高程点的点集;
规模大或等级高的项目，如线路长度超过30Km的高速公路和一、ニ级公路的测区，采用机载LIDAR系统大范围快速采集路线激光点云数据，同时进行数字航空摄影测量，并进行地面人工补充测量和调绘；规模小或等级低的项目，采用地面人工測量方法采集地面地形地物数据。2、线集的采集方式(I)采用全站仪极坐标法或GPS-RTK測量法按编码方法采集地形特征线和地形断裂线结合具有地面特征信息的激光高程点编辑获得线集；(2)采用全站仪自由设站法获得全站仪测站坐标系地形地物特征点，转换为工程坐标系成果后编辑成地形特征线和地形断裂线线集；ニ、公路AUTOCAD协同编辑源数据成为数据源三、根据数据源构建精细数字地面模型；四、由精细数字地面模型输出符合各专业进行分项详细设计要求的勘测数据。通过与各专业所用系统接ロ的程序向各专业系统输出勘测数据，根据所获得的勘测数据进行分项详细设计，比如路线平面设计、路线纵向设计、路线横断面设计和构造物设计等。本发明的精细数字地面模型的含义是相对于现有的仅利用初测阶段完成的路线I 2000数字化地形图作为数据源而建立的路线数字地面模型，精细数字地面模型中的地貌地物信息的位置精度和准确度更高，地物信息的内容更丰富、更详细；本发明建立的精细数字地面模型以三维空间比较直观的形式展现，可实现快速地进行规划、多方案比选，并可快捷查询勘测设计所关心的各种參数，如目标三维坐标查询、两点间的距离查询、区域面积查询、缓冲区分析、土石方量计量、水淹没模拟分析等等，使庞大而复杂的公路勘测设计エ作大大简化；不仅保证了公路测设质量，而且最大限度地简化了数据采集工作，最大限度地实现了数据智能自动处理和批量处理，有效地实现了公路勘察设计各专业协同作业和缩短了公路勘察设计エ期。作为本发明的优选实施方式，编辑源数据的步骤如下(I)在公路AUTOCAD中建立项目，根据公路勘察设计合同名称，按初测阶段和定测阶段分别建立勘测数据处理项目；(2)在定测阶段的勘测数据处理项目中，按地面高程点和非地面高程点进行分类，剔除非地面高程点，利用地面高程点点位附近对应的高程文本描述高程点的高程值和属性特征，并展绘中桩放样点；(3)将具有特征点信息的细部点以及外业补充采集的特征点编辑成地形特征线和地形断裂线线集，将线集的属性特征输入到线实体的扩展属性中，然后在图面注记线集的属性特征；(4)将各源数据采集小组所采集的源数据进行拼接，然后将拼接后的源数据汇总成数据源。作为本发明的一种改进，在进行所述步骤ニ、(4)之前检查每个源数据的融合兼容性；若源数据超出融合兼容性检测精度，剔除该源数据，直至剔除全部无融合兼容性的源数据，再转入步骤ニ、(4)；若源数据满足融合兼容性检测精度，转入步骤ニ、⑷。本发明具有以下实施方式重丘和山地测区的地面測量高程点的高程中误差为0. lm，平原和微丘测区的地面測量高程点的高程中误差为0. 05m，水泥路面或浙青路面的高程中误差为0. 03m ;利用数字摄影测量工作站获取无植被且地表平坦测区的采样高程点，高程精度为0. Im ;裸露地表的激光扫描点的高程精度为0. 3m，经进狄罗尼三角网再次改正高程后，高程精度为0. Im ;地表灌木稀疏地表的激光扫描点的高程经进狄罗尼三角网再次改正高程后为0. 5m。对局部测区的激光高程点再次进行高程改正时，根据地面測量高程点建立狄罗尼三角网，具体是沿路线两侧距中线200m范围内间隔约100m，选择地面裸露平坦竖向无遮挡位置，利用全站仪或GPS-RTK測量高程点。本发明所述测区为地形简单区域，点集平均间隔10m，最大不超过15m ;所述测区为地形复杂破碎区域，点集平均间隔5m，最大不超过10m。点集为三维点数据，而线集是由地面实测点连线而成，线集平面測量精度一般地物线集测点的平面位置精度为0. lm，如土坎、土坡、砂土路、山脊和山谷等；重要地物线集测点的平面位置精度为0. 05m，如水泥路边、浙青路边、铁轨、加固坡、加固坎等。线集高程測量精度一般地物线集测点的高程精度为0. 07m，如土坎、土坡、砂土路、山脊和山谷等；重要地物线集测点的高程精度为0. 05m,如低等级水泥路边和浙青路边(乡道、县道)、加固坡、加固坎等，特殊地物线集测点的闻程精度为0. 03m,如闻等级公路(省道、闻速公路)、铁路轨顶等。所述线集的测点密度为各种地物线集测点平均间隔为10m，最大不超过20m，如土坎、土坡、砂土路、山脊和山谷；其中，在相邻两测点之间高差大的情况下，縮小两测点间隔，即在变坡点位置增加测点。本发明在步骤四、中，由精细数字地面模型输出勘测数据包括以下计算步骤(I)路线逐桩坐标计算利用路线平曲线元素表，采用道路平面曲线元通用电算数学模型进行路线逐桩坐标计算；或者利用公路AUTOCAD生成的“*. dwg”格式的路线平面线位电子文件进行逐桩坐标计算；(2)剖分纵断面按照设定的固定间隔剖分中桩，并在地形特征线或地形断裂线与中线相交的位置自动加桩，由固定间隔中桩和加桩共同构成路线地面线，保证了地面线的拟合精度；(3)剖分横断面根据所剖分的中桩，逐一剖分横断面，使得横断面的宽度符合设计要求。该设计要求是指《公路勘察设计规范》中对横断面宽度的要求；
(4)将上述步骤(I) (3)中精细数字地面模型生成数据文件和根据外业测量细部点数据所制作的路线细部测量图一起提交。本发明检查源数据融合兼容性包括设定最大和最小高程值检查、绘制局部等高线图检查及绘制局部地表图检查。与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果
(I)本发明在保证公路测设质量的前提下，最大限度地简化了数据采集工作，实现了数据智能自动处理和批量处理，实现公路勘察设计各专业协同作业，并缩短了公路勘察设计エ期。(2)本发明建立路线精细数字地面模型，可使公路勘测设计方法、流程向高度集成、协同作业的一体化转变，建立以三维地理信息为支撑的三维可量测、可视化系统。(3)本发明通过有针对性改进传统外业测量方法和内业数据处理方法，利用AUTOCAD绘图软件，建立路线带状区域精细数字地面模型，并将反映公路设计特点的、需要补充和细化的地理信息输入到精细数字地面模型线集的扩展属性中，其具体成果形式为路线细部測量成果，路线细部測量成果是对路线I : 2000数字地形图中地理信息的必要补充，利用精细数字地面模型剖分满足公路施工图各分项设计精度要求的纵横断面数据。(4)解决了与国内主流道路设计软件如“纬地道路辅助设计系统(HintCAD) ”的数据接ロ问题，从而实现公路测设全过程应用数字地面模型技木。(5)本发明结合了①包括全站仪技术、光学水准和电子水准測量技术、全球定位(GPS)技术、传统胶片航空摄影测量技术、机载激光扫描数字摄影测量技术(LIDAR)、无人机航空摄影测量技术和地理信息(GIS)技术等现代测绘技术当前先进的计算机技术；③现代公路设计方法和理念；④先进的建模技术和严格的质量控制措施；⑤现行相关技术规范、规程。(6)本发明不仅有效地解决了传统公路测设方法存在的问题，还可充分有效利用机载LIDAR成果。(7)本发明构建的精细数字地面模型可完全取代传统ニ维平纵横断面图，以三维空间形式直观且快速地进行规划、多方案比选，并可快捷查询勘测设计所关心的各种參数，如目标三维坐标查询、两点间的距离查询、区域面积查询、缓冲区分析、土石方量计量、水淹没模拟分析等等，使庞大而复杂的公路勘测设计工作大大简化。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进ー步的详细说明。图I是本发明广州至清远高速公路隧道ロ精细数字地面模型点线集图；图2本发明广州至清远高速公路隧道ロ精细数字地面模型地表图；图3是本发明广州至清远高速公路跨线桥精细数字地面模型点线集图；图4是本发明广州至清远高速公路跨线桥精细数字地面模型地表图；图5是本发明广州至惠州高速公路东延线凌坑立交精细数字地面模型点线集图；图6是本发明广州至惠州高速公路东延线凌坑立交精细数字地面模型地表图；图7是本发明精细数字地面模型的剖分纵断面图；图8是本发明精细数字地面模型的剖分横断面图9是虎门ニ桥细部点示意图。
具体实施例方式如图I 9所示，本发明ー种基于精细数字地面模型的公路测设方法，具体包括以下步骤一、在定测阶段，根据公路勘察设计项目规模和等级，确定源数据采集方式和作业路线，所述源数据包括用于构建精细数字地面模型的点集和线集；公路勘察设计项目规模和等级的具体含义是规模是指作业范围的公路长度、エ作量等，例如公路长度越长，工作量越大，规模也就越大；而等级是指公路等级、精度要求等，在本技术领域中，对公路勘察设计项目规模大小的划分并无确定界限，比如10公里ニ级公路与50公里的ー级公路，可分别采用的外业人工实测与机载LIDAR的不同方法或路线。I、点集的采集方式(I)地面測量高程点采用全站仪极坐标法、全站仪自由设站法或GPS-RTK測量法采集测区的地面高程点以获取地面測量高程点的点集，其中，采用全站仪自由设站法吋，将全站仪测站坐标系成果转换为工程坐标系成果；(2)采用航空摄影测量高程点采用航空摄影测量加密采集无植被测区的高程点，利用数字摄影测量工作站获取航空摄影测量采样高程点的点集；(3)采用机载LIDAR系统激光扫描高程点①通过映像图或者实地观察，分析测区地表植被的分布特点和疏密程度，确定是否在局部测区采用激光高程点；若采用，则根据地面測量高程点数据建立狄罗尼三角网，对局部测区的激光高程点再次进行高程改正；②采用机载LIDAR系统通过増加地面參考面激光扫描高程点，获取局部测区的激光高程点的点集，适当增加地面參考面，能够提高激光点云的总体高程精度；植被密集的测区，激光扫描点不可用，需全部地面測量高程点。以上三种外业測量方法可选择性适用。对局部测区的激光高程点再次进行高程改正时，根据地面測量高程点建立狄罗尼三角网，具体是沿路线两侧距中线200m范围内间隔约100m，选择地面裸露平坦竖向无遮挡位置，利用全站仪或GPS-RTK測量高程点。规模大或等级高的项目，如线路长度超过30Km的高速公路和一、ニ级公路的测区，采用机载LIDAR系统大范围快速采集路线激光点云数据，同时进行数字航空摄影测量，并进行地面人工补充测量和调绘；规模小或等级低的项目，采用地面人工測量方法采集地面地形地物数据。点集高程精度重丘和山地测区的地面測量高程点的高程中误差为0. lm，平原和微丘测区的地面測量高程点的高程中误差为0. 05m，水泥路面或浙青路面的高程中误差为0. 03m ;利用数字摄影测量工作站获取无植被且地表平坦测区的采样高程点，高程精度为0. Im ;裸露地表的激光扫描点的高程精度为0. 3m,经进狄罗尼三角网再次改正高程后，高程精度为0. Im ;地表灌木稀疏地表的激光扫描点的高程经进狄罗尼三角网再次改正高程后为0. 5mo
点集密度测区为地形简单区域，点集平均间隔10m，最大不超过15m ;所述测区为地形复杂破碎区域，点集平均间隔5m，最大不超过10m。2、线集的采集方式(I)采用全站仪极坐标法或GPS-RTK測量法按编码方法采集地形特征线和地形断裂线结合具有地面特征信息的激光高程点编辑获得线集；激光高程点是结合正射影像、高程判断出来的。激光高程点如果在地形特征位置上，则一起编辑成特征线。地形特征线和地形断裂线包括道路边线、山脊线和山谷线等，地形断裂线包括坎线、坡线等；(2)采用全站仪自由设站法获得全站仪测站坐标系地形地物特征点，转换为工程坐标系成果后编辑成地形特征线和地形断裂线线集；
将全站仪测站坐标系成果转换为工程坐标系成果，可采用《细部之友2010》软件。线集平面測量精度一般地物线集测点的平面位置精度为0. lm，如土坎、土坡、砂土路、山脊和山谷等；重要地物线集测点的平面位置精度为0. 05m，如水泥路边、浙青路边、铁轨、加固坡、加固坎等。线集高程測量精度一般地物线集测点的高程精度为0. 07m,如土坎、土坡、砂土路、山脊和山谷等；重要地物线集测点的高程精度为0. 05m，如低等级水泥路边和浙青路边(乡道、县道)、加固坡、加固坎等，特殊地物线集测点的高程精度为0. 03m，如高等级公路(省道、闻速公路)、铁路轨顶等。线集测点密度各种地物线集测点平均间隔为10m，最大不超过20m，如土坎、土坡、砂土路、山脊和山谷；其中，在相邻两测点之间高差大的情况下，縮小两测点间隔，即在变坡点位置增加测点。编码方法采用《TodayCAD经天道路測量系统细部点測量外业编码方法》。外业测量编码时顾及地面线状地物的几何特征和属性特征，利用大写英文字符“P”、“K”、“S”、“L”或小写英文字符“P”、“k”、“s”、“l”与数字的组合分别表示“坡上线或坡下线”、“坎上线或坎下线”、“水沟边线或水沟底线”、“路边线或路中线”等地形特征线和地形图断裂线。地面人工测量作业步骤I、利用全站仪按极坐标法采集点线集(I)图根据控制测量；(2)地形高程点测量；(3)地物点測量；(4)数据下载；(5)数据坐标系转换，将按自由设站法测量的数据从测站坐标系结果转换为工程坐标系結果。2、利用GPS-RTK采集点线集(I)设置GPS參考站，匹配测站坐标系；(2)地形高程点測量；⑶地物点測量；⑷数据下载。3、机载LIDAR数据采集⑴地面GPS基准站设置；⑵机载LIDAR系统鉴定；(3)机载LIDAR飞行作业；(4)地面參考面布设。机载LIDAR数据后处理(I)制作正射影像(DOM) ；(2)激光点云数据处理包括①激光点云坐标系转换不同航带激光点云融合利用地面參考面改正激光点云高程；④激光点云分离，分离为地面激光点云和非地面激光点云。ニ、公路AUTOC AD协同编辑源数据成为数据源，具体采用《TodayCAD经天道路测量系统》软件处理点集和线集编辑源数据的步骤如下(I)在公路AUTOCAD中建立项目，根据公路勘察设计合同名称，按初测阶段和定测阶段分别建立勘测数据处理项目，便于数据管理；
(2)在定测阶段的勘测数据处理项目中，按地面高程点和非地面高程点进行分类，剔除非地面高程点，利用地 面高程点点位附近对应的高程文本描述高程点的高程值和属性特征，属性特征如沟底、桥梁梁底等，并展绘中桩放样点；(3)将具有地面特征点信息的LIDAR高程点以及外业补充采集的特征点编辑成地形特征线和地形断裂线线集，将线集的属性特征输入到线实体的扩展属性中，然后在图面注记线集的属性特征；(4)将各源数据采集小组所采集的源数据进行拼接，然后将拼接后的源数据汇总成数据源。在进行步骤ニ、(4)之前检查每个源数据的融合兼容性；若源数据超出融合兼容性检测精度，剔除该源数据，直至剔除全部无融合兼容性的源数据，再转入步骤ニ、(4)；若源数据满足融合兼容性检测精度，转入步骤ニ、⑷。检查源数据融合兼容性包括设定最大和最小高程值检查、绘制局部等高线图检查及绘制局部地表图检查。利用在AUTOCAD平台上二次开发的软件《TodayCAD经天道路測量系统》编辑精细数字地面模型的点集和线集，地面点集的图层为“RMM_Points”，非地面点集的图层为“ RMM_特殊高程点”，点集高程文本的图层为“ RMMJfe i ghtText ”，地面线集的图层为“ RMM_Lines”，非地面线集的图层为“RMM_特殊特征线”，线集的实体类型为三维多段线，其中，表示坎上断裂线的颜色数为30，表示坎下断裂线的颜色数为120，表示坡上断裂线的颜色数为210，表示坡下断裂线的颜色数为245，表示河沟岸上断裂线的颜色数为172，表示河沟底断裂线的颜色数为200，表示路中特征线的顔色数为131，表示路边特征线的顔色数为94，表示山脊特征线的颜色数为51，表示山谷特征线的顔色数为17。三、根据数据源构建精细数字地面模型；四、由精细数字地面模型输出符合各专业进行分项详细设计要求的勘测数据。由精细数字地面模型输出勘测数据包括以下计算步骤(I)路线逐桩坐标计算利用路线平曲线元素表，采用道路平面曲线元通用电算数学模型进行路线逐桩坐标计算；或者利用公路AUTOCAD生成的“*. dwg”格式的路线平面线位电子文件进行逐桩坐标计算；(2)剖分纵断面按照设定的固定间隔剖分中桩，并在地形特征线或地形断裂线与中线相交的位置自动加桩，由固定间隔中桩和加桩共同构成路线地面线，保证了地面线的拟合精度；(3)剖分横断面根据所剖分的中桩，逐一剖分横断面，使得横断面的宽度符合设计要求。该设计要求是指公路勘察设计规范中对横断面的宽度的要求；(4)将上述步骤(I) (3)中精细数字地面模型生成数据文件和根据外业测量细部点数据所制作的路线细部测量图一起提交。通过与各专业所用系统接ロ的程序向各专业系统输出勘测数据，根据所获得的勘测数据进行分项详细设计，比如路线平面设计、路线纵向设计、路线横断面设计和构造物设计等。本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下， 本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。
权利要求
1. 一种基于精细数字地面模型的公路测设方法，其特征在于具体包括以下步骤 一、在定测阶段，根据公路勘察设计项目规模和等级，确定源数据采集方式和作业路线，所述源数据包括用于构建精细数字地面模型的点集和线集； 1、点集的采集方式 (1)地面测量高程点采用全站仪极坐标法、全站仪自由设站法或GPS-RTK测量法采集测区的地面高程点以获取地面测量高程点的点集，其中，采用全站仪自由设站法时，将全站仪测站坐标系成果转换为工程坐标系成果； (2)采用航空摄影测量高程点采用航空摄影测量加密采集无植被测区的高程点，利用数字摄影测量工作站获取航空摄影测量采样高程点的点集； (3)采用机载LIDAR系统激光扫描高程点①通过映像图或者实地观察，分析测区地表植被的分布特点和疏密程度，确定是否在局部测区采用激光高程点；若采用，则根据地面测量高程点数据建立狄罗尼三角网，对局部测区的激光高程点再次进行高程改正；②采用机载LIDAR系统通过增加地面参考面激光扫描高程点，获取局部测区的激光高程点的点集； 2、线集的采集方式 (1)采用全站仪极坐标法或GPS-RTK测量法按编码方法采集地形特征线和地形断裂线结合具有地面特征信息的激光高程点编辑获得线集； (2)采用全站仪自由设站法获得全站仪测站坐标系地形地物特征点，转换为工程坐标系成果后编辑成地形特征线和地形断裂线线集； 二、公路AUTOCAD协同编辑源数据成为数据源 三、根据数据源构建精细数字地面模型； 四、由精细数字地面模型输出符合各专业进行分项详细设计要求的勘测数据。
2.根据权利要求I所述的基于精细数字地面模型的公路测设方法，其特征在于编辑源数据的步骤如下 (1)在公路AUTOCAD中建立项目，根据公路勘察设计合同名称，按初测阶段和定测阶段分别建立勘测数据处理项目； (2)在定测阶段的勘测数据处理项目中，按地面高程点和非地面高程点进行分类，剔除非地面高程点，利用地面高程点点位附近对应的高程文本描述高程点的高程值和属性特征，并展绘中桩放样点； (3)将具有地面特征点信息的LIDAR高程点以及外业补充采集的特征点编辑成地形特征线和地形断裂线线集，将线集的属性特征输入到线实体的扩展属性中，然后在图面注记线集的属性特征； (4)将各源数据采集小组所采集的源数据进行拼接，然后将拼接后的源数据汇总成数据源。
3.根据权利要求2所述的基于精细数字地面模型的公路测设方法，其特征在于在进行所述步骤二、(4)之前检查每个源数据的融合兼容性； 若源数据超出融合兼容性检测精度，剔除该源数据，直至剔除全部无融合兼容性的源数据，再转入步骤二、(4)； 若源数据满足融合兼容性检测精度，转入步骤二、(4)。
4.根据权利要求I所述的基于精细数字地面模型的公路测设方法，其特征在于重丘和山地测区的地面测量高程点的高程中误差为O. lm，平原和微丘测区的地面测量高程点的高程中误差为O. 05m，水泥路面或浙青路面的高程中误差为O. 03m ;利用数字摄影测量工作站获取无植被且地表平坦测区的采样高程点，高程精度为O. Im ;裸露地表的激光扫描点的高程精度为O. 3m，经狄罗尼三角网再次改正高程后，高程精度为O. Im ;地表灌木稀疏地表的激光扫描点的高程经狄罗尼三角网再次改正高程后为O. 5m。
5.根据权利要求4所述的基于精细数字地面模型的公路测设方法，其特征在于沿路线两侧距中线200m范围内间隔约100m，选择地面裸露平坦竖向无遮挡位置利用全站仪或GPS-RTK测量高程点，根据测量获得的高程点建立狄罗尼三角网。
6.根据权利要求I所述的基于精细数字地面模型的公路测设方法，其特征在于所述测区为地形简单区域，点集平均间隔10m，最大不超过15m ;所述测区为地形复杂破碎区域，点集平均间隔5m，最大不超过10m。
7.根据权利要求I所述的基于精细数字地面模型的公路测设方法，其特征在于一般地物线集测点的平面位置精度为O. lm，重要地物线集测点的平面位置精度为O. 05m ;一般地物线集测点的高程精度为O. 07m，重要地物线集测点的高程精度为O. 05m，特殊地物线集测点的高程精度为O. 03m。
8.根据权利要求I所述的基于精细数字地面模型的公路测设方法，其特征在于所述线集的测点密度为各种地物线集测点平均间隔为10m，最大不超过20m ;其中，在相邻两测点之间高差大的情况下，缩小两测点间隔，即在变坡点位置增加测点。
9.根据权利要求5所述的基于精细数字地面模型的公路测设方法，其特征在于在步骤四、中，由精细数字地面模型输出勘测数据包括以下计算步骤 (1)路线逐桩坐标计算利用路线平曲线元素表，采用道路平面曲线元通用电算数学模型进行路线逐桩坐标计算；或者利用公路AUTOCAD生成的dwg”格式的路线平面线位电子文件进行逐桩坐标计算； (2)剖分纵断面按照设定的固定间隔剖分中桩，并在地形特征线或地形断裂线与中线相交的位置自动加桩，由固定间隔中桩和加桩共同构成路线地面线，保证了地面线的拟合精度； (3)剖分横断面根据所剖分的中桩，逐一剖分横断面，使得横断面的宽度符合设计要求； (4)将上述步骤(I) (3)中精细数字地面模型生成数据文件和根据外业测量细部点数据所制作的路线细部测量图一起提交。
10.根据权利要求3所述的基于精细数字地面模型的公路测设方法，其特征在于检查源数据融合兼容性包括设定最大和最小高程值检查、绘制局部等高线图检查及绘制局部地表图检查。
全文摘要
本发明公开了一种基于精细数字地面模型的公路测设方法，具体包括以下步骤一、在定测阶段，根据公路勘察设计项目规模和等级，确定源数据采集方式和作业路线，所述源数据包括用于构建精细数字地面模型的点集和线集；二、公路AUTOCAD协同编辑源数据成为数据源三、根据数据源构建精细数字地面模型；四、由精细数字地面模型输出符合各专业进行分项详细设计要求的勘测数据。本发明精细数字地面模型可实现快速地进行规划、多方案比选，可快捷查询勘测设计所关心的各种参数，使庞大复杂的公路勘测设计工作大大简化；不仅保证了公路测设质量，而且最大限度简化了数据采集工作，有效实现了公路勘察设计各专业协同作业和缩短了公路勘察设计工期。
文档编号G01C11/02GK102620721SQ20121006833
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月14日 优先权日2012年3月14日
发明者刘定, 刘朋朋, 吴兴礼, 喻雄, 杨雪, 汤敏, 王志明, 邱赞富, 阳德胜 申请人:广东省公路勘察规划设计院股份有限公司