機載三維激光掃描技術在公路勘測中的應用初探

張巨鵬

【摘 要】在我國的經濟發(fā)展過程中，交通運輸業(yè)發(fā)揮著十分重要的作用。尤其近幾年來，我國的公路建設越來越規(guī)模化，與之相應的公路勘測工作也受到人們的高度重視。論文重點以 LIDAR技術為例，分析了機載三維激光掃描技術在公路勘測中的應用，以供參考。

【Abstract】In the process of economic development in China， the transportation industry plays a very important role. Especially in recent years， China's highway construction has become more and more large-scale， and the corresponding highway survey work has also been highly valued. Taking LIDAR technology as an example， this paper analyzes the application of airborne three-dimensional laser scanning technology in highway survey， for reference.

【關鍵詞】LIDAR技術;公路勘測;應用

【Keywords】 LIDAR technology; highway survey; application

【中圖分類號】U412.24? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）05-0137-02

1 引言

隨著社會經濟的快速發(fā)展，我國現有公路所承受的交通壓力越來越大，而我國的高速公路輻射面積也越來越廣。在新疆，越來越多的公路工程也展開建設，在山區(qū)以及高原等地方，必須要擁有更高的公路勘測技術，才能夠達到公路勘測的精度以及速度要求。而LIDAR技術是集激光掃描儀、差分GPS系統、IMU、數碼相機于一體的機載三維激光掃描技術，在公路勘測中的發(fā)揮著十分重要的作用。

2 LIDAR技術的應用原理

LIDAR技術是一種新型的技術，在IMU以及動態(tài)載波相位差分GPS系統的基礎上，在激光掃描系統以及微計算機的輔助下，對測量資料進行內部處理，并將距離或者角度等資料進行顯示、存儲或者輸出，然后再與距離傳感器中的數據進行比對和匹配。然后再在一系列軟件的共同作用下確定測量目標的表面形態(tài)，獲得相應的三維坐標數據。在擁有了這些數據和形態(tài)之后，就可以進行各種類型的量算，或者進行相應立體模型的構建。

首先，機載LIDAR在飛行拍攝的過程中，激光掃描儀就可以通過其特定的激光束的發(fā)射與接收對地面進行線狀掃描。同時動態(tài)載波差分GPS系統就可以對傳感器的經緯度進行明確，IMU可以對飛機的姿態(tài)數據進行實時測量，確定飛機的滾動、仰俯以及航偏角。而且系統的幾個組成部分可以實現同步工作，所以可以很方便地將GPS系統與IMU的數據進行充分融合，然后再經過地面數據處理之后，生成地面三維數據。

3 LIDAR技術在公路勘測中的應用優(yōu)勢

LIDAR技術在公路勘測中的應用具有以下六大優(yōu)勢。第一，工作速度快。因為LIDAR技術可以迅速獲取較大范圍內的空間實體數據，從而及時測量明確實體平面的三維數據，并與智能化監(jiān)控系統進行結合。第二，不需要直接接觸被測目標。針對一些勘測人員無法到達的區(qū)域，或者地勢比較危險的地段，就可以應用LIDAR技術完成掃描測繪任務。第三，具有很強的穿透性。激光本身就有很強的穿透性，可以通過LIDAR技術中的激光掃描儀直接獲得目標物不同層面的幾何數據，進而完成樣本的測繪。第四，密度和精度都非常高，LIDAR技術可以以精密度較高的傳感技術、以及智能化的三維式進行目標物各種信息和數據的搜集和測繪，極大的避免了人工測繪產生的誤差。第五，具有很強的及時性、直觀性以及主動性。LIDAR技術不受時間和空間的影響，通過自身的激光脈沖信號的發(fā)射與收集來進行目標物樣貌的描述。第六，智能化和數字化的特點突出。LIDAR技術全程使用數字形式測繪，可以直接獲取數字長度信息，很容易實現智能化的描繪[1]。

4 LIDAR技術在公路勘測中的具體應用

4.1 數字正射影像圖和數字地貌圖的繪制

在公路勘測中，LIDAR技術可以有效獲取點云信息以及其他有用的數據，并對這些數據和信息進行整理和分析，進而完成數字正射影像圖以及數字地貌圖的繪制。正常情況下，數字地貌圖的比例為1：1000，而數字正射影像圖的精確度也會控制在20cm以內，完全符合公路勘測工作正常開展的各項要求。而數字正射影像圖可以進行走廊部分直觀圖像的描繪，然后再根據遙感測繪資料以及其他地理資料，對不同類型的公路進行勘察，不僅可以有效提升公路勘測路線的選擇效率，還提升了公路勘測的質量。目前數字正射影像圖和數字地貌圖的繪制主要依靠攝影測量技術人員實施。

4.2 數字地面模型的繪制

在公路勘測中，數字地面模型可以為相關工作人員提供必要的縱斷面以及橫斷面的信息資料、地理資料。而要想進行數字地面模型的成功繪制，必須要具備以下三大數據信息：第一攝影測量信息，第二數字式地貌圖信息，第三野外測量的實際數據。但是數字式地貌圖受到地貌原圖精確度的影響較大，且掃描工作也存在著一定的誤差，所以其精度以及速度無法適應現代公路勘測的發(fā)展需求，工作質量也得不到保證。而野外測量又是一種滿足較高精度要求的勘測方法，但是受到測量速度的限制，在山地、重丘等地貌，則很難發(fā)揮出其優(yōu)勢。無論是供給帶狀地貌圖，還是數字地面模型，攝影測量都是目前公路勘測工作的關鍵點，可以滿足目前公路勘測中精度以及速度的要求。但是這種測量方法最大的缺陷就是受到天氣的影響較大。例如，在一些天氣比較惡劣、植被分布比較密集或者地形出現破碎的區(qū)域，將無法體現出其工作效率以及工作質量方面的優(yōu)勢。但是LIDAR技術卻可以有效解決攝影測量技術中的缺陷。

4.3 在高速公路線路勘測中的應用

LIDAR技術在高速公路線路勘測中的應用主要包含以下三方面：第一，原始數據的采集與獲取，即在機載LIDAR飛行拍攝之前，要先制定飛行技術，并完成激光掃描儀、數碼相機、GPS定位系統等的安置;第二，對基礎數據的處理與整理，即將機載LIDAR野外采集所得數據進行一定的處理和整理;第三對線路的優(yōu)化設計，即借助正射影像圖和激光點云數據、數字高程模型數據等數據，通過二維與三維的結合實現高速公路線路路徑的優(yōu)化[2]。

5 結語

綜上所述，LIDAR技術是一種較為新型的機載激光掃描技術，在公路勘測中的應用還有很多需要改善的地方。其造價成本雖然較高，但是應用優(yōu)勢十分突出，所以LIDAR技術在未來的應用前景將十分廣闊。

【參考文獻】

【1】陳君朝，劉新舟，陳楚江.高速公路改擴建精密機載三維激光掃描測量方法[J].公路交通科技（應用技術版），2015，11（01）：4-7.

【2】張熙，劉小勇.機載激光掃描技術在公路勘察設計中的應用及關鍵技術研究[J].公路交通科技（應用技術版），2014，10（04）：139-141.