高速公路改扩建工程外业勘测应注意的几个问题:2018广东高速公路开工

　　 ［摘 要］柳南高速公路和沿海高速公路一期的改扩建设计已完成，尽管尚未开工，但通过对两条路的设计进行总结，提出改扩建工程外业勘测手段和方法和方法以及值得注意的几个问题，为以后的高速公路改扩建工程外业勘测提供参考与借鉴。
　　［关键词］高速公路 改扩建外业勘测机载激光雷达测量
　　中图分类号： U412.36+6 文献标识码： A 文章编号：
　　一前言
　　随着我国国民经济的迅速发展和路网的日趋完善，高速公路的改扩建十分迅猛。我国从2002年开始，逐步开展了沈阳至大连（348km）、沪宁（248.2km）、沪杭甬（95.6km）等高速公路的改扩建的建设，到2007年已基本建成通车。我国中、东、西部发达地区如河南、广东、江苏、陕西、山东、湖北等省份其高速公路的改扩建正在如火如荼中。上述高速公路的改扩建实践表明，对已建高速公路进行改扩建是现阶段高速公路扩容的一种可行方案。我国前期修建的4万多公里的高速公路多为四车道。可以预见，高速公路的扩建将成为未来十年内高速公路工程建设的热点。
　　对高速公路改扩建工程来说，加宽改造技术固然重要，但是同样不可忽略的是外业勘察过程中的测量手段和现场调查。基础资料的完整性和真实性是保证设计质量的前提和保障，尤其是改扩建工程，对已有的旧路占地边线、路基、路面、桥涵的测量和现状描述对设计过程中的参考与决策尤为重要。
　　二路线
　　 路线平面和纵面的拟合是高速公路改扩建重要的设计步骤之一。如沿海高速公路1998年建成通车，至今已有十几年，原始设计资料和现状有较大偏差。因此，原有道路的平纵面数据的采集手段和方法，直接关系到平纵面拟合的质量。
　　（一）、基础数据的采集方法
　　 由于现有测绘手段的提高，利用新航片成的1：2000地形图的精度都比较高。但从1：2000数摸上获取的数据与实际的误差还是比较大（实测地形图除外），因此，要准确获取现有道路中线及路基边线等坐标及高程可通过以下两种途径：
　　途径一、现场实测（沿海高速公路改扩建一期应用）
　　1、路面测量点位分布
　　（1）主线一般路基每20～25m测量一组数据，分别布设在中央分隔带边缘和硬路肩外侧边缘，如图1所示，主线上每组数据上下行线共4点，尽量保持在同一横断面上。
　　
　　
　　
　　（2）能够目视的平竖曲线起终点、超高缓和段起终点、匝道与主线的交汇点及加减速车道终点等均应加测。
　　（3）桥梁、跨线桥等结构物的桥头和桥墩对应的桥面上各设一组测量点,采用GPS静态高精度测量；通道箱头部各布设一组点；涵洞轴线上布设一组测量点。
　　（4）互通按匝道施测，每条匝道测量4条线，即2条硬路肩外侧边缘线（路缘石内侧）和2条硬路肩内侧边缘线（行车道白色实线的外侧）；匝道半径较小时，测点间隔为5～10m；互通立交测至与普通公路连接处。
　　2、路面外测量点位分布
　　路基边线、排水沟、截水沟、平台、边沟及横向地形变化点均应测量。
　　3、测量方法
　　（1）.路面点平面位置测量采用RTK方法测量，高程采用四等水准方法测量，测量方法如图3所示。
　　（2）重要构造物、高程转点平面位置采用GPS快速静态测量，按二级精度要求施测，高程采用四等水准测量方法施测。
　　
　　
　　
　　（3）.路面外点位的平面位置和高程均采用GPS RTK方法测量。
　　途径二、机载激光雷达测量(LiDAR)技术应用（柳南高速公路改扩建应用）
　　 1、机载激光雷达测量(LiDAR)技术原理
　　机载激光雷达(Light Detection and Ranging，LiDAR)是集激光测距技术、计算机技术、惯性导航系统(INS)和高精度动态GPS差分定位技术(DGPS)于一身的主动式航空遥感技术，是目前测量精度最高、测量数据最为可靠的大面积精确测量三维空间坐标的方法。
　　机载LiDAR通过测量激光脉冲的往返时间，结合高精度定位系统(POS)提供的定位姿态数据，直接获取高精度的地面三维坐标，即三维激光点云。配合高分辨率数码相机，可获取高分辨率的真彩色数码影像。
　　机载LiDAR的发展为获取高时空分辨率的地理空间信息提供了一种全新的技术手段，使人们获取数据的方式从传统的人工单点变为连续自动数据获取，提高了作业效率和观测精度，使得数据的获取和处理向自动化和智能化的方向发展，代表了目前遥感数据获取技术的前沿领域。
　　
　　
　　
　　
　　2、机载激光雷达测量(LiDAR)技术应用
　　
　　
　　图4 机载激光测量
　　（1）设备与搭载平台
　　机载激光雷达设备使用RIEGL Q560-II激光雷达测量系统。该系统由LMS-Q560-II机载激光扫描仪、3900万高分辨率航空数码相机、高精度IGI IMU-IId、航空专用GPS接收机、航飞控制系统组成。其激光扫描仪脉冲频率最高可达240,000赫兹，能够接收无穷次回波。
　　（2）机载LiDAR测量应用获取的主要成果
　　① 车道标线数据
　　基于机载激光测量获取的全线高密度、高精度激光点云数据，提取了柳州至南宁高速公路改扩建工程沿线4条车道线，平面精度0.05m，高程精度0.02m，代替人工上路测量，用于道路平纵横线型拟合与恢复。
　　4条车道线分别为中央分隔带附近2条车道线和靠硬路肩侧的2条车道线。
　　
　　 图5 激光点云数据
　　
　　
　　
　　图6 提取4条车道标线的示意图
　　图7 提取的4条车道标线激光点
　　② 数字高程模型
　　 采用规则格网数字高程模型，格网间距0.5m，xyz格式。柳州至南宁高速公路改扩建工程主线数字高程模型覆盖公路沿线两侧各110m范围。各个互通及服务区范围的数字高程模型，根据需要增大处理范围。
　　图8数字高程模型（互通）
　　③ 横断面三维地面线
　　按中桩距离法完成柳州至南宁高速公路改扩建工程全线195km横断面三维地面线生产，横断面两边各宽100m，横断面间距20m，共生成近10000个主线横断面地面线数据。
　　互通、服务区及桥涵构造物，根据设计需要生产横断面地面线数据，此部分横断面两边各宽60m，横断面间距满足设计要求需要，共生成近2000个横断面地面线数据。
　　
　　图9 横断面三维地面线
　　（上图为激光点云数据，下图为生成的横断面三维地面线）
　　（二）、平纵面拟合的方法
　　 根据以上手段获取的原有道路中央分隔带的坐标以及地面高程，采用直观估计，二分法相结合的方法，应用道路设计软件，对平纵面进行拟合。平面拟合差控制在2cm以内，纵面拟合根据路面加铺厚度，拟合差控制在1cm以内。
　　三路基、路面
　　（1） 外业测量前，应收集原有道路的竣工资料和原设计文件，收集沿线地形、地质、水文、地貌等基础资料。尤其是要到高速公路养护部门收集历年路况资料及旧路路基翻浆、沉降变形、路面损坏处理等病害的防治经验。设计时应充分利用这些资料，进行合理设计。比如旧路的路面病害有破碎板、横纵向裂缝、板角断裂、错台、唧泥等；个别路段外侧行车道及路肩处路基沉陷为主，引起局部的面板断裂破坏及翻浆唧泥，夹杂局部侧移、拉裂等，加宽设计时对这些路段要特别重视，采取合理的技术措施进行处理，防止新加宽的路基出现类似的现象发生。
　　 （2） 路基横断面地面线测量要精确，它对改扩建工程的重要性比新建工程要大得多。因为改扩建工程是在原有道路上加宽，要为路面加铺设计收集第一手资料，同时将直接影响到路基加宽后的路基土石方、占地等主要工程量的计列准确性，还有要对原有路基边坡进行清表、挖台阶、铺设土工格栅等，如土路肩和坡脚位置不准确，该部分工程量的准确性也会受到很大影响。