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(fā)揮著更大的作用?；诖?，本文分析了機載激光雷達（LiDAR）測量的技術的使用優(yōu)勢，闡述了輔助地面控制測量、采集參數(shù)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(tǒng)（GNSS）、激光掃描、攝影測量、慣性導航系統(tǒng)（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?？梢哉f，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(jīng)過實踐能夠發(fā)現(xiàn)，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(shù)字地面模型，在公路三維測設中發(fā)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(yōu)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(yōu)勢。機載激光雷達（LiDAR）測量技術主要有以下幾種使用優(yōu)勢：

第一，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(yōu)勢。而在傳統(tǒng)的DTM測量中，平均點的間距在25米左右?？芍?，機載激光雷達（LiDAR）測量技術有著更高的數(shù)據(jù)密度。

第二，精確度相對較高。對于機載激光點云數(shù)據(jù)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(tǒng)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(tǒng)（GNSS）等，所以可以實現(xiàn)更為精準的空間定位，打破了傳統(tǒng)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(shù)據(jù)精度、真實度更高。同時，該技術的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理分析

機載激光雷達（LiDAR）測量的點云數(shù)據(jù)處理主要對航拍得到的多種數(shù)據(jù)以及基站數(shù)據(jù)等展開轉(zhuǎn)換、分析、檢驗等，使得最終得出的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，實現(xiàn)測量區(qū)域三維數(shù)據(jù)信息的獲取，并以此為依據(jù)，完成該區(qū)域三維數(shù)據(jù)模型的構建。在機載激光雷達（LiDAR）測量技術中，點云數(shù)據(jù)處理十分關鍵，其準確、全面的程度直接關系到空間三維數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)，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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)信息，在后期數(shù)據(jù)處理的過程中，對重疊區(qū)域的激光點進行剪切與剔除，避免邊緣變形誤差的產(chǎn)生?；谶@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(nèi)，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(shù)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(lián)系。同時，飛行高度與測量區(qū)域地形、使用的激光設備設施等也有一定的關聯(lián)性?，F(xiàn)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(shù)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(zhuǎn)換、地面基站精確度、衛(wèi)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(tǒng)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(shù)字正射影像圖、數(shù)字地形圖、數(shù)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(shù)據(jù)信息，結合相機參數(shù)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(shù)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(shù)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(shù)字正射影像圖，對其中的點云數(shù)據(jù)展開分類判斷，并完成地物的提取，結合相關軟件系統(tǒng)對地面點的獲取，相關工作人員能夠完成數(shù)字地形圖的制作。對于公路三維測設來說，數(shù)字正射影像圖以及數(shù)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(shù)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(shù)字線劃圖。相關工作人員要結合數(shù)字地形圖中自動生成的等高線以及高程點，結合數(shù)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(diào)繪位置，完成地下管線的規(guī)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(qū)域的數(shù)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(fā)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(shù)字正射影像圖、數(shù)字地形圖、數(shù)字線劃圖的制作，結合輔助地面控制測量、采集參數(shù)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(tǒng)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.