RU2509978C1

RU2509978C1 - Method to determine irregularities of road bed surface

Info

Publication number: RU2509978C1
Application number: RU2012136545/28A
Authority: RU
Inventors: Владимир Адольфович Середович; Александр Владимирович Середович; Андрей Васильевич Иванов
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2014-03-20
Also published as: RU2012136545A

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: in the method to determine irregularities of road bed surface they measure clear spaces under a three-meter rack, and according to the invention, they install a ground laser scanner on a station in the controlled section of the road bed. The road bed section is scanned from the station, as a result of which they determine coordinates of points of reflection of the laser beam from the surface of the road bed; the scan is received, the above actions are carried out on stations located at 20-50 m along the road axis. Then scanning results (scans) are sent to a PC, and using special software, they register scans in it from all stations, and produce a digital point 3D model of the road bed surface, the digital point 3D model of the road bed surface is sent into special software, and a digital vector 3D model of the road bed surface is produced, using the same software, they virtually model the above three-meter rack and apply it to the produced digital 3D model of the road bed surface, in turns and continuously along the scheduled direction. This rack must contact the road bed surface in two extreme points, each time clear spaces are defined between the virtual 3D rack and the digital vector 3D model of the road bed surface via specified intervals along the rack, and irregularity of the road bed surface is calculated in accordance with the formula.

EFFECT: definition of valid and accurate values of geometric parameters of road bed surface using a ground laser scanner.

2 dwg

Description

Данный способ относится к области геодезического контроля в дорожно-строительной оценки. Известен способ оценки неровности поверхности основания (покрытия) автомобильной дороги с помощью нивелира и нивелирной рейки. [ГОСТ №30412-96 «Дороги автомобильные и аэродромы. Методы измерений неровностей оснований и покрытий», Москва. 1996 г.]. Сущность данного способа состоит в том, что на контролируемом участке проводят измерения с помощью нивелира, последовательно устанавливая нивелирную рейку в местах, обозначенных метками. По данным нивелирования вычисляют относительные отметки точек поверхности основания (покрытия) автомобильной дороги в местах разметки. Недостатком этого способа является невозможность повторения измерений, так как точки измерений не закрепляются, поэтому невозможно произвести повторные измерения на контролируемом участке. Также известен способ оценки неровности поверхности основания (покрытия) автомобильной дороги путем измерения просветов в контрольных точках под трехметровой рейкой [СНиП №3.06.03-85 «Автомобильные дороги», утвержден постановлением Госстроя СССР №133 от 20 августа 1985 г.], взятый в качестве прототипа. Данный способ заключается в том, что измерение просветов под трехметровой рейкой производят клиновым промерником в пяти контрольных точках, расположенных на расстоянии 0,5 м от концов рейки и друг от друга. При этом на контролируемом участке производят 100-130 измерений просветов (25-30 приложений рейки), обеспечивая при этом измерения только 10% длины контролируемого участка. Недостатком этого способа является то, что данный способ предполагает контроль геометрических параметров на небольших участках дороги, что не позволяет достоверно оценить качество поверхности дорожного полотна на других участках. Кроме того, данный способ предполагает наличие человеческого фактора в процессе контроля, что ведет к снижению достоверности и точности измерения. Задачей предполагаемого изобретения является разработка способа определения неровности поверхности покрытия дорожного полотна с применением наземного лазерного сканера. Техническим результатом изобретения является определение достоверных и точных значений геометрических параметров поверхности покрытия дорожного полотна с применением наземного лазерного сканера. Поставленная задача достигается тем, что в способе определения неровности поверхности покрытия дорожного полотна измеряют просветы под трехметровой рейкой и согласно изобретению устанавливают наземный лазерный сканер на станции на контролируемом участке дорожного полотна, выполняют сканирование участка дорожного полотна со станции, в результате чего определяют координаты точек отражения лазерного луча от поверхности дорожного полотна, получают скан, выполняют вышеупомянутые действия на станциях, расположенных через 20-50 м вдоль оси дороги, передают результаты сканирования (сканы) в ПЭВМ и с помощью специальной компьютерной программы регистрируют в ней сканы со всех станций и получают цифровую точечную трехмерную (3D) модель поверхности дорожного полотна, передают цифровую точечную трехмерную (3D) модель поверхности дорожного полотна в специальную компьютерную программу и получают цифровую векторную трехмерную (3D) модель поверхности дорожного полотна, в этой же программе виртуально моделируют вышеупомянутую трехметровую рейку и прикладывают ее к полученной цифровой векторной трехмерной (3D) модели поверхности дорожного полотна поочередно и непрерывно вдоль запланированного направления, причем эта рейка должна соприкасаться с поверхностью дорожного полотна в двух крайних точках, каждый раз определяют просветы между виртуальной трехметровой рейкой и цифровой, векторной трехмерной (3D) моделью поверхности дорожного полотна через заданные интервалы вдоль рейки, вычисляют неровность поверхности покрытия дорожного полотна по формуле (I):This method relates to the field of geodetic control in road construction assessment. A known method for assessing the roughness of the surface of the base (cover) of a road using a level and leveling rails. [GOST No. 30412-96 “Automobile roads and airfields. Methods for measuring roughness of substrates and coatings ”, Moscow. 1996]. The essence of this method lies in the fact that in a controlled area, measurements are made using a level, sequentially installing a leveling rail in places indicated by marks. According to the leveling data, the relative elevations of the points of the surface of the base (cover) of the road in the marking areas are calculated. The disadvantage of this method is the inability to repeat the measurements, since the measurement points are not fixed, therefore, it is impossible to make repeated measurements in a controlled area. Also known is a method for assessing the roughness of the surface of the base (coating) of a road by measuring the gaps at control points under a three-meter rail [SNiP No. 03.06.03-85 “Roads”, approved by Gosstroy of the USSR No. 133 of August 20, 1985], taken as a prototype. This method consists in the fact that the measurement of the gaps under a three-meter rail is performed by a wedge-shaped measuring instrument at five control points located at a distance of 0.5 m from the ends of the rail and from each other. At the same time, 100-130 measurements of the gaps (25-30 rail applications) are performed on the controlled area, while providing measurements of only 10% of the length of the controlled area. The disadvantage of this method is that this method involves the control of geometric parameters in small sections of the road, which does not allow to reliably assess the quality of the surface of the roadway in other sections. In addition, this method assumes the presence of a human factor in the control process, which leads to a decrease in the reliability and accuracy of the measurement. The objective of the alleged invention is to develop a method for determining the roughness of the surface of the pavement using a ground-based laser scanner. The technical result of the invention is the determination of reliable and accurate values of the geometric parameters of the surface of the road surface using a ground-based laser scanner. The problem is achieved in that in the method for determining the unevenness of the surface of the road surface, the gaps under a three-meter rail are measured and, according to the invention, a ground laser scanner is installed at a station in a controlled area of the road surface, scanning of a section of the road surface from the station is performed, as a result of which the coordinates of the laser reflection points are determined beam from the surface of the roadway, get a scan, perform the above actions at stations located 20-50 m along the roads, transmit the results of scanning (scans) to a personal computer and using a special computer program register scans from all stations in it and receive a digital point three-dimensional (3D) model of the road surface, transfer digital point three-dimensional (3D) model of the road surface to a special computer the program and receive a digital vector three-dimensional (3D) model of the road surface, in the same program, the aforementioned three-meter rail is virtually simulated and applied to the obtained digital of a vector three-dimensional (3D) model of the surface of the roadway alternately and continuously along the planned direction, and this rail should be in contact with the surface of the roadway at two extreme points, each time the gaps between the virtual three-meter rail and the digital, vector three-dimensional (3D) model of the road surface are determined the canvas at predetermined intervals along the rail, calculate the roughness of the surface of the pavement according to the formula (I):

$δ_{i} = | H_{0} + (\frac{H n - H_{1}}{n}) \cdot i - H_{i} | (1)$

δ_{i} = | | | H_{0} + (\frac{H n - H_{one}}{n}) \cdot i - H_{i} | | | (one)

где:Where:

n - номер контролируемой точки,n is the number of the controlled point,

δ_i - значение просвета под виртуальной рейкой,δ _i - the value of the clearance under the virtual rail,

H₁…H_i - отметки контролируемых точек,H ₁ ... H _i - marks of controlled points,

i=0…n - количество секций рейки (по умолчанию 6 секций по 0,5 м).i = 0 ... n - the number of rail sections (by default 6 sections of 0.5 m each).

Способ поясняется чертежами. На Фиг.1 представлена схема создания цифровой векторной трехмерной (3D) модели поверхности покрытия контролируемого участка дорожного полотна. На Фиг.2 представлена схема измерения неровности поверхности покрытия контролируемого участка дорожного полотна с помощью виртуальной рейки. The method is illustrated by drawings. Figure 1 presents a diagram of creating a digital vector three-dimensional (3D) model of the surface of the coating of a controlled section of the roadway. Figure 2 presents a diagram of measuring the surface roughness of a controlled section of a roadway using a virtual rail.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. На контролируемом участке автомобильной дороги устанавливают наземный лазерный сканер и собственной программой обработки данных, принадлежащей данному оборудованию, и в соответствии с эксплуатационной документацией на прибор (ЭД) автоматически определяют координаты точек, принадлежащих поверхности покрытия контролируемого участка дорожного полотна.The proposed method is as follows. On the controlled section of the road, a ground-based laser scanner is installed with its own data processing program belonging to this equipment, and in accordance with the operational documentation for the device (ED), the coordinates of points belonging to the coating surface of the controlled section of the roadway are automatically determined.

Выполняют измерение расстояний при помощи встроенного лазерного дальномера, при этом для каждого измерения фиксируют вертикальные и горизонтальные углы, шаг сканирования (расстояние между смежными точками) должен составлять не менее 100 мм на поверхности покрытия дорожного полотна. Для выполнения сплошной сканерной съемки контролируемого участка автомобильной дороги сканирование выполняют с нескольких точек установки прибора (сканерных станций), передают результаты сканирования (сканы) в ПЭВМ и с помощью специальной компьютерной программы сшивают в ней сканы со всех станций и получают цифровую точечную трехмерную (3D) модель поверхности дорожного полотна. Расстояние между сканерными станциями должно составлять 20-50 м. Результатом работ является «облако точек» лазерных отражений или «сканы» поверхности дорожного полотна. (Фиг.1). Производят обработку данных результатов наземного лазерного сканирования с помощью специального программного обеспечения, позволяющего выполнить привязку сканов к заданной системе координат, фильтрацию сканов для удаления измерений, полученных при отражении от посторонних предметов, разрежение сканов до плотности точек на поверхности покрытия дорожного полотна не менее 25 точек на 1 кв. м, производят построение цифровой точечной трехмерной (3D) модели поверхности покрытия дорожного полотна, передают цифровую точечную трехмерную (3D) модель поверхности покрытия дорожного полотна в специальную компьютерную программу и получают цифровую векторную трехмерную (3D) модель поверхности покрытия дорожного полотна, в этой же программе виртуально моделируют вышеупомянутую трехметровую рейку и прикладывают ее к полученной цифровой векторной трехмерной (3D) модели поверхности покрытия дорожного полотна поочередно и непрерывно вдоль заданного направления, причем эта рейка должна соприкасаться с поверхностью покрытия дорожного полотна в двух крайних точках, каждый раз определяют просветы между виртуальной трехметровой рейкой и цифровой векторной трехмерной (3D) моделью поверхности покрытия дорожного полотна через заданные интервалы вдоль рейки, вычисляют неровность поверхности покрытияDistance measurements are performed using the built-in laser range finder, while vertical and horizontal angles are fixed for each measurement, the scanning step (distance between adjacent points) should be at least 100 mm on the surface of the road surface. To perform a continuous scanner survey of a controlled section of the highway, scanning is performed from several points of installation of the device (scanner stations), the results of scanning (scans) are transmitted to a personal computer and, using a special computer program, the scans from all stations are stitched into it and digital digital three-dimensional (3D) is obtained road surface model. The distance between the scanner stations should be 20-50 m. The result of the work is a “point cloud” of laser reflections or “scans” of the road surface. (Figure 1). The data of the results of ground-based laser scanning are processed using special software that allows you to bind scans to a given coordinate system, filter scans to remove measurements obtained by reflection from foreign objects, dilute the scans to a point density on the road surface of at least 25 points on 1 sq. m, a digital point three-dimensional (3D) model of the road surface is constructed, a digital point three-dimensional (3D) model of the road surface is transferred to a special computer program and a digital vector three-dimensional (3D) model of the road surface is obtained in the same program virtually simulate the aforementioned three-meter rail and apply it to the resulting digital vector three-dimensional (3D) model of the road surface pavement alternately and continuously along l of a given direction, and this rail should be in contact with the road surface at two extreme points, each time the gaps between the virtual three-meter rail and the digital vector three-dimensional (3D) model of the road surface at a given intervals along the rail are determined, and the surface roughness

дорожного полотна по формуле (I):roadbed according to the formula (I):

$δ_{i} = | H_{0} + (\frac{H n - H_{1}}{n}) \cdot i - H_{i} | (1)$

δ_{i} = | | | H_{0} + (\frac{H n - H_{one}}{n}) \cdot i - H_{i} | | | (one)

где:Where:

Учитывая значительный рост международных автомобильных перевозок, целесообразно оценивать ровность автомобильных дорог в соответствии с международными стандартами. Предлагаемый инновационный способ позволяет повысить достоверность оценки ровности поверхности покрытия дорожного полотна при контроле качества строительства и эксплуатации автомобильных дорог.Given the significant increase in international road transport, it is advisable to assess the evenness of roads in accordance with international standards. The proposed innovative method allows to increase the reliability of assessing the evenness of the surface of the road surface while monitoring the quality of construction and operation of roads.

Claims

A method for determining the unevenness of the surface of the roadway pavement, in which the gaps under a three-meter rail are measured, characterized in that a ground-based laser scanner is installed at the station in a controlled section of the roadway, scanning of the roadway section from the station is carried out, as a result of which the coordinates of the laser reflection points from the surface of the roadway, get a scan, perform the above actions at stations located 20-50 m along the axis of the road, transmit the results of the road scans into a computer program, scans are recorded in it from all stations and receive a digital point three-dimensional (3D) model of the road surface, a digital point three-dimensional (3D) model of the road surface is transmitted to the PC and using a special computer program they receive a digital vector three-dimensional (3D) model of the road surface, in the same program, the aforementioned three-meter rail is virtually simulated and applied to the resulting digital vector three-dimensional (3D) surface model the roadway alternately and continuously along the planned direction, and this rail should be in contact with the road surface at two extreme points, each time the gaps between the virtual three-meter rail and the digital vector three-dimensional (3D) model of the road surface at determined intervals along the rail are determined, the roughness is calculated pavement surface according to the formula:

δ_{i} = | | | H_{0} + (\frac{H n - H_{one}}{n}) \cdot i - H_{i} | | |

Where:
n is the number of the controlled point,
δ _i - the value of the clearance under the virtual rail,
H ₁ ... H _i - marks of controlled points,
i = 0 ... n - the number of rail sections (by default 6 sections of 0.5 m each).