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团队公众号：创测之路

1.应用背景

  随着“数字交通强国”建设的不断深入，高精度的道路三维地理信息数据在其中扮演的角色愈发重要。空地结合的道路三维移动测量系统是一种新型的测绘装备，能够快速、高效率的获取道路路面、路基、沿线设施、地形等高精度三维空间数据和属性数据，构建道路数字化管理基础大数据，可为公路改扩建、路产管理、高精度地图导航、养护巡检及应急指挥等工作提供重要支撑。
  交通运输部印发《关于推进公路数字化转型 加快智慧公路建设发展的意见》（以下简称《意见》），推动公路建设、养护、运营等全流程数字化转型。《意见》提出了2027年和2035年的目标，分期实现公路全生命期“一套模型、一套数据”，深度应用数字化技术提升质量和效率，降低运行成本。在智慧建造方面，推动公路勘察、设计、施工、验收交付等数字化，实现工程建设阶段的数字模型交付和数据贯通，促进基于数字化的勘察设计流程、施工建造方式和工程管理模式变革。在智慧养护方面，结合公路大中修工程和日常检测等，逐步实现存量公路的数字化，重点完善地理信息、线形指标、安全设施、服务设施等信息，为精准实时导航、车路协同、养护决策及安全风险管理等提供支撑。

2.三维移动测量系统

2.1 车载三维移动测量系统

  车载三维移动测量系统以汽车为载体，是“智慧公路”急需的全要素、高精度、高效率的数据采集与巡检系统。系统集成了高精度三维激光扫描仪、全景工业相机系统、组合导航系统等传感器，具有高稳定性、高精度、操作简单等特点。

2.2 无人机倾斜摄影系统

  无人机倾斜摄影系统是一种小型、长航时但同时能满足高精度测绘、遥感及视频应用的无人机系统，可搭载航测模块、倾斜模块等，具备多源化数据获取能力。全系统模块化分解后可集成在一个作业箱中，便于携行运输。

2.3 地面激光采集系统

  固定站激光扫描仪是一种能够在固定位置对周围环境进行高精度三维测量的设备，其激光点云测距精度为1毫米。使用SLAM三维激光扫描系统可在移动过程中采集桥梁下部、工地、林区、地下空间等隐蔽位置的点云数据。

3.多源数据三维融合处理

  使用自主研发的点云数据处理软件，对空地三维测量系统采集的激光点云数据、倾斜实景数据进行融合拼接处理，实现坐标基准的统一。

  通过自主研发的配准算法，基于特征点、特征面及设施对象特征体进行数据自动拼接，实现优于5cm的配准精度，保障后续整体拼接效果。

  通过自主研发的空地点云分类算法，针对道路场景路面、路缘石、护栏、标识线、杆树等目标进行分类。针对机载大范围区域，进行地面、建筑物、树木等目标分类。面向建构筑物目标，进行特征部件精细化分类提取。

4.道路设施专题信息提取与分析

  使用团队自主研发的点云数据处理软件，实现基于激光点云二三维联动测图、可量测全景影像测图、半自动化多视图测图等多种模式采集，软件核心数据处理算法均为自主研发。软件道路专题功能主要包括：高精度地图处理、路产三维地理信息采集、路面病害专题测图等。

4.1 路产三维地理信息

  在三维点云与可量测全景中，交互式半自动采集标志牌、路灯、行道树等路产三维信息，生产道路全要素路产数据库。

4.2 高精度导航地图

  依托真彩激光点云和可量测实景影像，可半自动化采集道路边界线、车道线、标识箭头、标志牌等，快速绘制高精度地图，支撑opendrive导航地图格式转化及三维建模数据应用。

4.3 路面病害检测

  基于点云与图像数据，分析提取路面病害，使用校准后的可量测影像挂接病害，交互式编辑路面病害矢量特征。支持裂缝、坑槽、沉陷、车辙等各类病害深度学习语义分割，识别准确率整体达85%。

4.4 隧道形变分析

  公路隧道顶部随着时间推移会出现涂料脱落、拥包等病害。使用隧道点云数据分析软件可对隧道拱顶断面进行分析，计算每个位置两期断面点云到椭圆曲线的距离差值，断面形变探测精度优于2 mm。

5. 三维全要素模型建模

  道路、桥梁、隧道作为重要的交通基础设施，其三维数字化模型是道路三维数字化建设中关键。基于激光点云采集道路、桥梁、隧道所需建模参数，在三维建模平台中通过多种自动化建模技术，实现路、桥、隧设施的快速建模。

5.1 道路

  基于激光点云数据半自动化提取道路路面、路缘石、护栏、标识线等要素参数信息，设计标准建模规范读取参数信息，通过路面连续三角网建模、线性设施放样建模等多种自动建模技术，实现构件级道路基础设施快速建模。

5.2 桥梁

  基于空地配准后的多源点云数据，使用点云数据处理软件交互提取桥梁各个构件建模参数，首先半自动实现主要目标的参数化建模，然后交互式实现精细构件的建模。

5.3 隧道

  通过隧道三维中轴线提取算法，提取隧道三维中轴线与隧道断面轮廓，在建模软件中采用截面放样方法，快速构建隧道洞身模型，然后依据精细点云交互构建隧道洞口及内部机电、交安设施模型。

6.道路基础设施数字化管理GIS平台

  科研团队运用BIM+GIS技术、虚拟仿真技术、数据融合技术等，集成研发了道路基础设施数字化管理GIS平台。包括道路基础设施的三维可视化管理、道路规划建设管理、公路智能检测、施工全过程监管、道路智能巡检、桥梁监测、隧道巡检等。基于三维平台可扩展开发其他各类道路相关管理系统，最终实现公路建设、管理、养护全过程数据化与智能化管理。

6.1 道路三维基础设施管理基础平台

  道路三维基础设施管理基础平台采用天地图等公共服务平台提供的基础地图服务（包括矢量地图、影像地图、注记地图等），增加多源点云数据、BIM模型数据、倾斜摄影数据以及可量测全景影像等服务；实现了二维基础数据管理、三维基础数据管理、全景管理、BIM模型管理、视频数据管理和后台系统管理等。

6.2 道路设施BIM+GIS规划管理系统

  系统集倾斜实景、BIM模型以及交通三维规划信息等多源数据于一体，实现交通规划综合数据访问与交通流仿真应用，支撑数字交通规划辅助设计。

6.3 施工过程仿真平台

  施工过程仿真平台不仅模拟了道路静态物理设施，还加载了动态的施工过程数据，以及人与设备的动态位置，将工程设计进度、实际进度、预期进度以三维专题图的形式在前端展现，同时将各类施工动态监测数据直观与三维模型融合展示，便于监管人员快速、直观地查看工程的实时施工情况，使业主能够实时了解和有效地控制施工质量。

6.4 公路智能检测与养护管理GIS系统

  系统依托车道级高精度路网数据，实现公路智能检测与养护大数据的精准分析，运用地图可视化的方式直观展示路网技术状况，可拓展与日常巡检大数据融合分析。系统包括项目实施模块、指标详情模块、路网模块和路线模块。主要对路网、公路技术状况指标、检测范围、检测设备、标定证书和工作照片进行统计。通过统计图的形式对公路技术状况指标统计分析结果进行展示，包括PQI结果统计、PQI分项指标统计、PQI优良中次差统计、PQI预测、检测指标和病害统计及照片展示。

6.5 高速公路专项检测管理系统

  系统针对专项检测专题数据开发一键上云功能，通过图形化与地图化方式可视化表达检测数据，支持检测数据时空关联分析。系统分为7个大模块：项目管理、基础资料、检测数据、检测结果与评定、统计分析、养护决策、报告管理，模块中的功能包括“新增、删除、导入、导出、修改、搜索、图像上传下载、数据统计、图表切换等，实现了对高速公路专项检测数据的高效存储、管理和分析。

6.6 道路三维巡检管理平台

  平台采用了公共服务平台如天地图或高德提供的基础地图服务，包括矢量地图、影像地图以及注记地图等。此外，还引入了全要素道路专题数据服务以及三维实景影像浏览与挂接服务。系统实现了对路网、路面基础数据、路面病害和沿线设施等数据的多期管理，并且具备可扩展的移动端巡检高级模块。
  系统主要包括大数据分析模块、实景模块、多期数据管理模块、专题数据查询与统计模块、任务管理模块、巡检管理模块、重点工程管理、人员与公共信息管理模块，系统管理模块、易路巡App端。

6.7 桥梁健康监测平台

  平台将桥梁外观检查、盖梁体外预应力筋有效应力检测、主要联数的基频监测和结构健康监测相结合，以三维桥梁模型为基础，实现检测数据、监测数据、传感器位置的精准定位，综合评价桥梁整体的使用状态信息，服务于桥梁后期的保养、维护等养护管理工作。

6.8 隧道三维巡检监测系统

  系统集倾斜实景、激光点云、巡检图像、BIM模型、视频监控以及隧道资产设施信息等多源数据于一体，实现隧道内部三维坐标与桩号的实时定位，对隧道病害进行监测分析与精准定位表达。