研究公路勘察設計中的機載激光雷達測量技術

摘要：現代公路的范圍越來越廣泛，經常需要在復雜的地質環境中建設公路，這增加了公路勘查設計難度?；诖?，在公路勘查設計過程中，要加強對機載激光雷達技術的應用，從而提高公路勘查設計質量，從而提高公路的整體質量，為人們提供更加穩定、良好的交通環境。

關鍵詞：公路；勘察設計；機載激光雷達

機載激光雷達（LIDAR）興起于二十世紀九十年代，是一門新興的遙感技術，其發展至今，已經約有30年歷史。近幾年，我國相關學者對LIDAR技術進行了研究，并且加強了對相關設備的投入使用，從實際應用情況來看取得了不錯的成績，但是仍然存在一定問題，因此要加強對相應內容的研究與分析。

1、LIDAR技術特點

LIDAR系統與機載GPS、慣性導航系統INS劑CCD合理結合，可以實現對空間的精準定位。在具體測距過程中，采用激光方式，其與常規航空攝影測量相比，優點主要體現在以下幾個方面：

（1）在測量過程中，不會因為太陽角度和陰影溫度對高程的精度造成不良影響，并且不會受航高限制。

（2）產品更加多樣化，在具體作業中具有更多的選擇性。

（3）通過測量可以獲取更多的地面信息。

（4）外界作業量少，提高了工作效率。

機載LIDAR系統為綜合航攝影響和空中數據定位而設計，因此在作業過程中，可以為工程應用和數字制圖提供快速精準的地面模型數據和高分辨率數字的正攝影[1]。一般來說，在作業過程中，應用LIDAR系統，獲取數據的平均精準度可以能夠達到0.5m，在高程方面的精準度能夠達到0.3m，地面間采集點的間隔不超過1.5m。

2、LIDAR測量技術中的重點問題分析

2.1 飛行設計

飛行設計是激光雷達航測過程中的一項關鍵環節，做好該項設計是確保LIDAR技術在共公勘察設計中能夠發揮出良好作用的基礎，在整個作業過程中，要確保采集到的各項數據的準確性，保證數據成果精度能夠達到要求標準。

飛行設計前應當本著經濟、安全、高效等原則，將項目成果數據作為追求的主要目標，對地貌、地形等內容進行詳細分析，結合LIDAR設備本身的特點，確定合理的飛行參數，從而確保能夠獲取高質量的數據。

2.2坐標與高程轉換

機載LIDAR技術能夠快速獲取地面對象的三維坐標信息。目前，我國的多數項目在建設過程中采用的都為國家坐標系或正坐標系，而GPS測量成果為WGS-84大地坐標[2]。因此，在具體問題分析過程中，要解決坐標、高程系統轉換等方面存在的問題，只有這樣才能確保最終的通過LIDAR技術獲取的數據，可以用于公路項目設計中。

2.3數據分類

通過LIDAR技術獲取的三維離散點的數據非常密集，可以將其稱作“點云”。點云數據中包含的信息較多，其中比較具有代表性的信息有植被、建筑物、地面等。由此可見，開展后期要對點云進行合理分類，通過該方式，獲取植被、地面、建筑物等信息。激光點云分類原理是依據激光點與周圍點高程進行對比，從而完成分類。從目前的實際情況來看，許多LIDAR后處理軟件，都提供激光點云自動分類功能，但需要注意的是，要想獲取理想的分類結果，在具體操作過程中，通常還需要人工干預，尤其是在一些環境復雜的區域，人工干預的作用更大。

公路勘察設計中，要想獲取最終數字地面模型，只需要處理地面點上的激光數據。因此，在具體分類問題上，應當針對激光點云中的非激光地面和激光地面展開。

3、公路勘察設計中對LIDAR技術的應用

3.1影像測繪

對LIDAR獲取點云數據和其它附屬數據繼進行處理，通過該方式可以獲取數字正攝影圖像和數字地形圖。在具體作業過程中為了滿足公路勘察設計各個發階段的具體需求，正攝影圖像的分辨率一般都要超過0.2m，地形比例尺則為1：2000。此外，正攝影像圖可以提供走廊區域的影像，該影像與其它地理數據和遙感影像數據融合，可以完成對公路的全面、準確勘察，提高了公路勘察選線的速度。

3.2數字地面模型測繪

數字地面模型（DTM）測繪在公路勘察設計中的應用，集中在橫、縱斷面數據為公路輔助設計提供相應的數據支持。地形圖數字化因為會受到掃面矢量化的精準性、原地圖的精準性等多個方面因素的影響，因此在速度和精度上都無法同現代公路勘察設計相比[3]。 從目前的技術情況來看，野外實測是諸多測量技術中，精準度相當較高的一種方法，但是該方法在實際應用過程中，會受到各項素的影響，尤其是在一些環境復雜的區域，該方法的效果將會大打折扣。攝影技術在地面模型和帶狀地圖上都是主流，該項技術無論是在測量的速度還是精度上，都能夠滿足作業要求，但是需要注意，該技術容易受到植被、天氣影響。LIDAR技術的出現，很好的解決了攝影技術面臨的難度，但是該技術發展的時間較短，因此要加強對其的研究與分析。

3.3其它方面的應用

利用LIDAR獲取到的DTM同0.2m高分辨率影響相互疊加，可以構建工程真實的地貌。此時，相關的作業人員，可以直接對崩坍、滑坡等不良地質的邊界、形狀等各項內容進行采集，從而大幅度提高了對不良地質遙感解釋的精準度。此外，通過對高分辨率正攝影像和DTM兩者的合理應用，能夠為三維輔助公路設計工作的順利開展，提供強有力的數據支持，從而使公路設計人員可以更加直接的完成對公路的選線，同時也可以完成對公路中涉及到的隧道、橋梁等各項構造物的合理設置，提高公路的合理性，確保公路建設工作的順利開展，從而為人們提供一個良好的交通環境。

4、結束語

綜上所述，LIDAR測量技術的應用，使公路勘察設計效率得到了顯著提高，并且實現了對工程造價的合理控制。在公路勘察設計過程中，應用LIDAR技術，要注意對其應用過程中存在的各項問題進行探討分析，從而使其應用效果能夠得到提升。

參考文獻：

[1]秦海明，王成，習曉環，等. 機載激光雷達測深技術與應用研究進展[J]. 遙感技術與應用，2016，（04）：617-624.

[2]程海帆，趙本焱，王志文. 機載激光雷達（LiDAR）測量在公路三維測設中的應用[J]. 測繪與空間地理信息，2016，（01）：73-75.

[3]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，（04）：139-141.