Trimble SX12三维扫描在铁路既有线改造中攻破测绘难题-上海巷尚3D

在铁路既有线移动激光扫描(Mobile Laser Scanning, MLS)项目中,精准度、效率与安全往往难以兼顾。尤其面对大范围测绘任务时,传统技术常受限于数据采集流程复杂、现场作业繁琐等问题,难以满足项目对时效与精度的双重要求。

澳大利亚NorthGroup Consulting公司在某铁路既有线改造项目中,创新性引入Trimble SX12扫描全站仪,不仅成功攻克了120公里铁路既有线的测绘难题,更为铁路MLS项目提供了可复制的技术革新方案。

挑战:

起初,团队接到的任务是对20公里铁路既有线及周边道路进行MLS测绘,为铁路复线设计提供数据支持,关键要求包括:

水平与垂直精度需达到±10毫米;

每250米需设置一个控制点/质量检查点;

最大限度减少对道路、铁路交通的干扰,且严禁进入铁路危险区域作业。

针对这一需求,团队初步制定方案:通过地面控制点(Ground Control Points, GCP)控制道路的MLS数据,再以此为基础控制铁路的MLS数据;危险区域外采用地面激光扫描(Terrestrial Laser Scanning, TLS)对点云重叠不足的区域补充采集。

MLS地面控制点用于控制MLS道路采集过程

MLS道路与铁路点云之间的图像叠加

然而,项目启动首日,客户突然要求额外增加100公里铁路MLS测绘任务,其中约70公里需要后期配准 。这一突发需求让团队陷入困境,70公里路段需增设约280个控制点,而传统技术根本无法在客户要求的时限内完成,且暴露了诸多弊端:

1.全站仪测量需为MLS点云逐一精准定义控制点,人力成本极高;

2.传统TLS技术耗时耗力,数据冗余,扫描280个站点预计需要两个月的外业时间,再加上内业配准时间,远远超出了工程时限;

3.长距离扫描仪虽支持GNSS RTK与可选扫描区域,但仍需办公室配准,无法实现外业与内业的高效衔接。

解决方案:

结合过往项目经验,团队认为兼具全站仪精度和扫描仪数据采集能力的Trimble SX12,或许是解决这70公里难题的"密钥"。

相比传统技术,SX12的5大核心优势直击项目痛点:

1.设站灵活:能够像常规全站仪一样在已知点设站,也支持后方交会法,适应铁路既有线复杂地形;

2.自定义区域扫描使数据轻量化:聚焦特定区域与特征,避免无关数据捕获,更小更集中的点云提升后处理效率;

3.分辨率可调:可根据任务需求优化数据密度;

4.操作简便:简化扫描流程,无需专业扫描人员即可操作;

5.提高生产力:每天覆盖的站点数量显著增加,数据在外业即可完成配准。

基于SX12的技术优势,团队制定了创新作业流程:

建立基础控制网:利用已布设的坐标标记作为基础控制网络;

灵活设站:在已知标记点上通过后方交会架设SX12;

自定义区域扫描:针对与MLS点云控制相关的特征区域进行精准扫描,获取海量潜在控制点,为数据验证提供更可靠支撑。

SX12点云示例

此外,Trimble Business Center(TBC)软件也在数据处理中发挥了关键作用。SX12的控制点由GNSS RTK和数字水准仪建立,由TBC对这两类数据集进行精简与预处理。之后再用TBC对SX12扫描数据进行处理与配准,实现外业测量与扫描成果的无缝整合,确保从外业采集到最终交付的全流程数据一致性。

项目成果:

1.70公里铁路既有线后期配准任务

借助SX12,一名测量员每天可完成约30个站点,仅用2周就完成了280个控制点的外业扫描。由于省去了配准流程,办公室数据处理耗时1周。更重要的是,区域扫描生成的特征点云,支持团队对MLS点云进行100米范围内的精细查看,精准识别并修正水平与垂直度偏差,确保数据精度完全符合±10毫米的要求。

2.铁路桥梁底部扫描

项目期间,团队还需对铁路桥梁底部进行扫描,以生成精度达2毫米的IFC模型,用于设计与施工监测。团队在桥梁周围建立了控制网,通过后方交会法布设SX12,并从多个位置进行扫描,避免阴影遮挡导致的数据缺失。配合Trimble Access软件,团队还能现场获取扫描结果,为后续监测提供便利。最终生成的高精度点云成功用于IFC模型构建,满足设计与施工监测的精度需求。

MLS扫描正在进行中

组合MLS(桥梁顶部)和SX12(桥梁底部)

桥梁的IFC模型

结论与启示:

Trimble SX12在本项目中的应用,不仅是NorthGroup团队的一次技术突破,更为铁路既有线测绘行业提供了三大核心启示:

拥抱创新,打破流程惯性:测试并引入Trimble SX12这类新技术,能从根本上改变传统测绘流程,尤其在复杂项目中,创新技术往往是突破时限与精度瓶颈的核心;

挑战 "常识",适配实际需求:"需要扫描就用传统激光扫描仪" 的固有认知并非绝对。在铁路既有线改造这类场景中,Trimble SX12的"全站仪+扫描仪"二合一特性,比传统设备更能适配需求;

区域扫描数据,效率源于精准:将数据采集重点放在相关特征上,既能减少外业作业时间,又能降低办公室处理压力,是提升全流程效率的关键。

以下文章来源于天宝Trimble Field Systems ,作者小甜宝

巷尚UP3D(上海巷尚)团队12年三维扫描领域项目经验,6大国际品牌中国区代理。为工业、工程、数字化设施、文化遗产、科学与教育等行业提供专业三维数字化解决方案。

巷尚三维主营:设备租赁、项目服务以及设备销售。

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