一种无人机制造技术

本发明专利技术提供一种无人机

【技术实现步骤摘要】
一种无人机lidar的施工便道选线设计方法


[0001]本专利技术涉及一种无人机
lidar
的施工便道选线设计方法，特别适用于铁路工程
、
公路工程
、
水利工程等复杂工程项目的施工便道快速选线及设计
。
属土木工程领域
。

技术介绍

[0002]随着社会和经济的不断发展，许多偏远山岭地区也逐渐有了发展和改善的需求，铁路和公路作为交通路网中的核心要素，是连接各城市的重要纽带
。
由于山岭区域地形崎岖，地势较为复杂，意味着正线工程在这种复杂地形条件下的施工难度均较大
。
山岭地区的既有道路条件较差，通常情况下，既有的道路不能直接通往各个施工作业面
(
桥梁作业面
、
隧道作业面
、
斜井作业面
、
路基作业面
)
，根据施工要求，亟待修建多条进场施工便道，确保人员
、
机械
、
设备
、
材料等资源能快速投入到各个作业面中
。
[0003]传统的施工便道选线主要以二维选线为主，通常是测量人员采用
RTK
采集周边地形的特征点，将大量的测量点转化为等高线，并结合现场的地形起伏情况进行设计，其存在以下问题：
(1)
地形测绘工作量大，需要消耗大量的人员和时间
(2)
地形精度不高，对现场的地形地貌表达不强；
(3)
>便道设计效率较低，二维的参数不能直观表达现场的问题；
(4)
施工指导性不强，线路放样坐标需要多次调整，使得土石方计算不准，收方过程中存在较大争议
。
[0004]专利
2022114212698
公开了一种基于
GIS
环境下施工便道选线的方法，该专利公开的方法是先在三维地形模型上选择便道并完成施工便道的设计，再调整宽度
、
纵坡
、
转弯半径得到最终方案，然而，在地形模型上实际操作时，往往在施工便道路线设计好并调整宽度
、
纵坡
、
转弯半径时会发现所设计施工便道的坡度等无法满足设计需求，尤其是在山区设计施工时，只能重新设计，十分影响设计效率
。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种无人机
lidar
的施工便道选线设计方法，以解决施工方法在完成设计后可能因为便道坡度等问题导致设计方案难以满足实际建设及行车需求，便道设计效率较低的问题
。
[0006]为达到上述目的，拟采用这样一种无人机
lidar
的施工便道选线设计方法，该方法首先是利用无人机采集地形数据，再建立数字高程模型和数字正射影像，搭建三维
GIS
模型，再对数字高程模型进场坡度分析，并采用红
‑
绿
‑
蓝色谱梯度图对坡度进行表达，其中红色梯度区间为
61
°
～
90
°
，绿色梯度区间为
31
°
～
60
°
，蓝色梯度区间为0°
～
30
°
，当坡度显示的颜色越接近红色，代表山体的坡度越大，其便道修建难度越大，而后再进行便道选线设计，基于三维
GIS
地形环境下，利用
BIM
技术对便道进行设计
。
[0007]前述方法中，山岭地区地形坡度较大，通常情况下便道穿越的山体坡度较多的为
20
°
～
75
°
，设计绿色梯度区间为
31
°
～
60
°
、
红色梯度区间为
61
°
～
75
°
、
蓝色梯度区间为
20
°
～
30
°
，对于这类情况下，在设计便道前开展坡度分析，会成倍提高便道设计效率，而对于坡
度
>75
°
且连续高度大于
5m
的区域，便道走向要尽可能避开，因其会影响便道建设及行车安全
。
[0008]前述方法中，无人机数据采集具体如下：
[0009]LIDAR
点云采集，选择大疆
M300
无人机完成航测任务，无人机起飞要选择在视野较为开阔的地面，且周围不能有磁场干扰，在打开飞行器与遥控器的电源后，进入网络
RTK
模式下，选择星基连接的方式搜索卫星信号，坐标系选用
WGS
‑
84
坐标，在航飞参数中设置回波模式选择双回波，采样频率为
360KHz
，扫描模式为重复式扫描，点云着色为真彩色点云，采用手动飞行模式进行点云数据的采集，在飞行过程中，结合影像与点云显示效果对现场进行采集，飞行高度与地面控制在
40m
～
60m
之间，保证地面采集精度满足要求；
[0010]多视角航片采集，在点云数据采集完成后，重新建立航测任务，采用全自动采集模型，采用多边形绘图模式，定义航测作业范围，并设置飞行高度为
80m
‑
100m
，航向重贴率为
80
％，旁向重叠率为
80
％，相机倾斜角度为
20
°
，相机曝光参数为默认状态，选择适宜的天气，建立测区多视角的密集航片
。
[0011]前述方法中，建立数字高程模型
(DEM)
：
[0012]点云拼接处理，打开大疆智图软件，在新建任务下选择激光雷达点云处理模块，并设置工程名和保存路径，设置
LIDAR
点云处理参数，导入点云数据文件包，点云密度设置为高，点云有效距离为
300
，点云精度优化为打开，点云输出格式
LAS
，坐标系统设置已知，坐标系选择
WGS84/UTM
‑
48N
，在设置好以上参数后，打开大疆智图加速引擎，对点云数据进行拼接处理；
[0013]分类地面点云，将点云拼接好的点云数据导入
terrsolid
软件中，新建一个工程，并在坐标基准模块下将工程单位名称设置为
mm
，并将坐标北方向移动
500km
，选择点云分类模块中的
ground
分类，定义地面点云分类参数，设置地面点云分类参数后，点击分类，待自动进行分类结束后，采用手动分类配合，逐一检查相关区域，并通过参数优化分类点云；
[0014]地面点云平滑处理，采用点云最佳拟合法对点云数据进行整体平滑，平滑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种无人机
lidar
的施工便道选线设计方法，该方法首先是利用无人机采集地形数据，再建立数字高程模型和数字正射影像，搭建三维
GIS
模型，其特征在于，再对数字高程模型进场坡度分析，并采用红
‑
绿
‑
蓝色谱梯度图对坡度进行表达，其中红色梯度区间为
61
°
～
90
°
，绿色梯度区间为
31
°
～
60
°
，蓝色梯度区间为0°
～
30
°
，当坡度显示的颜色越接近红色，代表山体的坡度越大，其便道修建难度越大，而后再基于三维
GIS
地形环境下，利用
BIM
技术对便道进行设计
。2.
根据权利要求1所述方法，其特征在于：山岭地区地形坡度较大，通常情况下便道穿越的山体坡度较多的为
20
°
～
75
°
，设计绿色梯度区间为
31
°
～
60
°
、
红色梯度区间为
61
°
～
75
°
、
蓝色梯度区间为
20
°
～
30
°
，对于这类情况下，在设计便道前开展坡度分析，会成倍提高便道设计效率，而对于坡度
>75
°
且连续高度大于
5m
的区域，便道走向要尽可能避开
。3.
根据权利要求1所述方法，其特征在于，便道选线设计如下：基于三维
GIS
地形环境下，利用
BIM
技术对便道进行设计，设计施工便道宽度为
5m
，开挖坡度参与为
1:1
，填方坡度参数为
1:1
，结合地形坡度分布情况，对施工便道进行初步设计，再结合线路纵断面和土石方报告进行优化设计
。4.
根据权利要求3所述方法，其特征在于，施工便道的具体优化设计如下：首先进行平面优化，对于坡度大于
12
％
、
挖方超过
3m、
填方超过
2m
的区域，对局部线路的平面走向进行优化；进一步进行坡度优化，对于坡度大于
±
12
％，困难区域大于
±
15
％的便道，要删除其坡度值，将相邻前后两段的道路同时纳入计算，以降低其坡度值，如坡度仍比较大，需要进行平面优化；进一步进行土石方挖填优化，原则上便道修建的挖方与填方是均衡的，对于山区地势较为陡峭的，通常挖方要高于填方，其挖填比不能超过
1.2/1
～
1.5/1
，如超过
1.5
，需要对便道平面和坡度进行优化；进一步进行转弯半径优化，考虑大车行车安全，转弯区域的半径不能低于
12m
，困难地段不能低于
10m
，否则需要多便道平面进行优化；进一步进行安全措施段设计，每隔
500m
左右的，选择便道坡度＜6％在直线地段，对便道进行加宽设计，其加宽长度为
10m
，宽度为
2m
；进一步进行防撞墙设计，在便道穿越坡度大于
75
°
且连续高度大于
5m
的区域，需要沿着山体外侧，每隔
2m
设置一个长
1m、
宽
0.3m、
高
0.8m
的防撞墙
。5.
根据权利要求1所述方法，其特征在于，无人机数据采集具体如下：
LIDAR
点云采集，选择大疆
M300
无人机完成航测任务，无人机起飞要选择在视野较为开阔的地面，且周围不能有磁场干扰，在打开飞行器与遥控器的电源后，进...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢显龙，占付民，杨帆，何寿海，赵飞，万宗江，胡光全，慕开洪，杨德康，
申请(专利权)人：中铁二局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：