機載激光雷達(LiDAR)測量在公路三維測設中的應用探究

李文輝

摘要：機載激光雷達（LiDAR）測量技術融合了多種先進技術，在公路三維測設中發揮著更大的作用。基于此，本文分析了機載激光雷達（LiDAR）測量的技術的使用優勢，闡述了輔助地面控制測量、采集參數的選擇、橫斷面的采集、DOM、DEM、DLG的制作這些機載激光雷達（LiDAR）測量技術在公路三維測設中的應用。

關鍵詞：機載激光雷達（LiDAR）測量;公路;三維測設

作為一種新型的空間測量技術，機載激光雷達（LiDAR）測量技術融合了全球定位系統（GNSS）、激光掃描、攝影測量、慣性導航系統（IMU）等技術，能夠更加準確的、快速的完成地表三維空間信息的收集。可以說，機載激光雷達（LiDAR）測量技術是繼GPS技術后的又一次三維測繪技術進步。經過實踐能夠發現，機載激光雷達（LiDAR）測量技術能夠更加高效的獲取地面精密數字地面模型，在公路三維測設中發揮著重要的作用。

一、機載激光雷達（LiDAR）測量的技術分析

（一）機載激光雷達（LiDAR）測量技術的使用優勢分析

對于機載激光雷達（LiDAR）測量技術來說，其融合的多種先進技術，在公路三維測設中有著更好的使用有優勢。機載激光雷達（LiDAR）測量技術主要有以下幾種使用優勢：

第一，數據密度相對較高。機載激光點云的采集間距相對較小，一般在0.8-1.2米之間。結合實際的需求該間距可以更小。在這樣的采集條件下，數據密度顯著提升，在真實地面高程模型的建立中有著極大的優勢。而在傳統的DTM測量中，平均點的間距在25米左右。可知，機載激光雷達（LiDAR）測量技術有著更高的數據密度。

第二，精確度相對較高。對于機載激光點云數據來說，其獲取都是激光測量直接完成的。理論上，機載激光雷達（LiDAR）測量技術的高程精度可以達到0.1米;平面精度可以達到0.15米。而在傳統的航測中，理論上的高程精度為0.3-0.5米。

第三，空三定位更為先進。對于機載激光雷達（LiDAR）測量技術來說，其融合了多種先進技術，包括慣性導航技術（IMU）、全球定位系統（GNSS）等，所以可以實現更為精準的空間定位，打破了傳統航測中必須展開大量地面像控點校正的工作模式。

第四，抗干擾的能力更好。機載激光雷達（LiDAR）測量技術不會受到太陽高度、陰影等因素的影響，穿透植被的能力也更強[1]。在這樣的技術支持下，公路三維測試中的數據精度、真實度更高。同時，該技術的數據處理速度也更快，一般來說，10天左右就能夠完成100千米的公路測量。

（二）機載激光雷達（LiDAR）的點云數據處理分析

機載激光雷達（LiDAR）測量的點云數據處理主要對航拍得到的多種數據以及基站數據等展開轉換、分析、檢驗等，使得最終得出的數據與相應的使用要求向符合。一般來說，相關工作人員通常會應用機載激光雷達處理脈沖點數據，實現測量區域三維數據信息的獲取，并以此為依據，完成該區域三維數據模型的構建。在機載激光雷達（LiDAR）測量技術中，點云數據處理十分關鍵，其準確、全面的程度直接關系到空間三維數據模型建立的有效性。

二、機載激光雷達（LiDAR）測量技術在公路三維測設中的應用

（一）采集參數的選擇

在機載激光雷達（LiDAR）測量技術的實際應用中，其有著較為獨特的參數，主要包括激光重疊度、激光點間隔、飛行高度、影像地面分辨率等等。其中，激光重疊度來說，由于機載激光雷達（LiDAR）測量技術中點云的密度值相對較大，所以其精度會隨著后期數據處理工作量的增加而有所提升，導致由于分類錯誤引起的誤差有所提高。所以，相關工作人員必須要結合公路工程中的相關數據信息，在后期數據處理的過程中，對重疊區域的激光點進行剪切與剔除，避免邊緣變形誤差的產生。基于這樣的要求，相關工作人員必須要將機載激光雷達（LiDAR）測量技術中航測與航線旁向的重疊度嚴格的控制在20%-25%以內，最大程度的滿足實際公路三維測設的需要。

對于激光點間隔來說，其主要利用了平均點間隔的距離、點數等來完成表達，其直接影響著最終地面點的插值精度。對于飛行高度來說，其與成圖的精確度有著更加緊密的聯系。同時，飛行高度與測量區域地形、使用的激光設備設施等也有一定的關聯性。現階段，激光器校驗技術的精確程度不斷提升，使得飛行高度對激光精度的影響作用不斷降低。對于影像地面分辨率來說，其與成圖比例尺有著十分緊密的關系，使用該描述像素能夠替代地面的實際距離。這意味著，相關工作人員在應用機載激光雷達（LiDAR）測量技術展開公路三維測設時，要全面計算、詳細分析相關參數信息，確保三維測設的準確性。

（二）減輕輔助地面控制測量的工作

在地面控制測量中，激光點云的高程精度十分重要。在應用機載激光雷達（LiDAR）測量技術展開公路三維測設中，普遍配套使用與該技術配套的地面基站測量方式[2]。在這樣的方式下，機載激光雷達（LiDAR）測量技術的應用會涉及到與地面控制測量有關的因素，主要包括坐標轉換、地面基站精確度、衛星分布情況、水準面擬合精度等等。在機載激光雷達（LiDAR）測量技術的實際應用中，相比于傳統的測量比較分析技術，會顯著降低輔助地面基站測量工作的強度。但是，該技術的難度、測量等級以及精確度的要求更高。

（三）數字正射影像圖、數字地形圖、數字線劃圖的制作

相關工作人員在應用機載激光雷達（LiDAR）測量技術展開公路三維測繪時，可以利用POS數據信息，結合相機參數迭代計算、外方位元素計算、影像鑲嵌、點云匹配等等，能夠完成數字正射影像圖的制作。一般來說，相關工作人員只要保證1：2000的數字正射影像圖的分辨率大于0.2米，就能夠達到公路三維測設的具體要求[3]。

通過使用數字正射影像圖，對其中的點云數據展開分類判斷，并完成地物的提取，結合相關軟件系統對地面點的獲取，相關工作人員能夠完成數字地形圖的制作。對于公路三維測設來說，數字正射影像圖以及數字地形圖的制作能夠滿足其相應的要求，但是并沒有完全滿足實際的需求。同時，在常見的公路設計軟件中，相關工作人員主要使用了等高線完成數字線劃圖，所以在實際的繪制過程中會受到相幅以及相機的限制，致使獲取的影像無法利用立體測圖的方式獲得大面積的數字線劃圖。相關工作人員要結合數字地形圖中自動生成的等高線以及高程點，結合數字正射影像圖完成公路等物要素的矢量化。同時，也要結合野外調繪位置，完成地下管線的規制。

另外，橫斷面的采集也是機載激光雷達（LiDAR）測量技術在公路三維測設中的重要應用。在公路三維測設中，橫斷面測量的工作量較為繁重。利用機載激光雷達（LiDAR）測量技術，能夠更加精確的獲取植被較為密集區域的數字地形圖，完成了公路上任意點橫斷面的批量測繪。

三、結語：

綜上所述，機載激光雷達（LiDAR）測量技術在公路三維測設中發揮著極為重要的作用。機載激光雷達（LiDAR）測量技術可以更加精準的完成橫斷面的采集、數字正射影像圖、數字地形圖、數字線劃圖的制作，結合輔助地面控制測量、采集參數的選擇，進一步提升了基于機載激光雷達（LiDAR）測量技術的公路三維測設效率，降低了測量錯誤。

參考文獻：

[1]王軍林.機載激光雷達系統在測繪領域的應用[J].工程建設與設計，2018（18）：274-275.

[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，2016，39（01）：73-75.