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省公路科学研究院采用三维激光扫描助力冻土路基沉降观测

信息来源: 厅办公室 发布日期:2020-01-08

省公路科学研究院采用三维激光扫描

助力冻土路基沉降观测

 

多年来,国内外对多年冻土区路基沉降的观测主要依靠数量十分有限的点对点测量,采用较多的方法如沉降仪、水准测量、GPS、自动传感器等,不仅观测速度慢、测点数量少,同时在车道位置进行人工测量的风险较高,测量结果离散性偏大。由于测量点位固定且数量有限,沉降特征往往不够明显,不能形成全路段整体性、覆盖式的沉降观测与分析。

 

随着观测技术的进步,在前期沉降仪、测斜仪、水准测量跟踪观测的基础上,省公路科学研究院“岛状冻土区路基沉降观测项目组”经综合比较,尝试采用相位式3D激光工程扫描设备(能够覆盖水平 360°、垂直 320°的空间范围,其扫描速率能够达到109.7万点/),对省内穿越岛状多年冻土的多处高速公路地段,进行了观测。

在冻土路基沉降观测实验中,针对因工程修筑不可避免的人为扰动,导致冻土热平衡破坏,进而引起弱融沉、融沉、强融沉等难以根治的地方性道路病害,项目组选取了有代表性的路段,共设立15处测温(其中6处温度自动采集),4处测斜,48处沉降观测(其中2处自动采集、12个点位)点。借助Z+F 5016相位式激光扫描仪采集数据,为保证观测精度,每3040m设置一站,使用仪器配套的Scout软件进行点云数据的自动拼接,输出点云LAS数据后,利用3DReshaper软件进行点云匹配,裁剪不必要的区域,封装道路模型,最后生成观测报告。

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一期数据于2019617日公路路面刚刚维修完毕时采集,代表性气温为20℃;二期数据于20191031日采集完毕,代表性气温为7℃。经过4个多月时间的沉降变化,公路路面出现了肉眼可见的融沉变形。

三维激光扫描仪采集数据

 
多年冻土路基病害表现

 

                  数据处理

路面沉降分布云图


根据三维扫描观测分析,二期数据相比一期数据,路面表现出了明显的沉降趋势,沉降18.821.5cm的占13%16.118.8cm的占32%13.416.1cm的占11%10.713.4cm的占9.9%

试验表明,相比传统观测手段,该设备能够快速定位岛状多年冻土路段各点位的空间坐标,甚至能够准确记录标线、裂缝、护栏的精确位置。数据质量等级、观测分辨率可调,能够对冻土路基形态的变化做到高精度、覆盖性测量。观测基站可以设在应急车道或者路肩位置,可大大降低对车辆交通的影响,有效保障观测安全,最短扫描距离可以达到0.3m、最高精度可以达到 0.2mm10m80%反射率),完全能够满足路基沉降监测的精度需要。未来考虑中桩要素,还可以利用软件导入中桩数据,生成路基沉降前后的横断面图,可以直接用于维修工程量的计算,对未来养护工作具有现实的指导意义。

 


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