机载三维激光扫描技术在公路勘测中的应用初探

张巨鹏

【摘 要】在我国的经济发展过程中，交通运输业发挥着十分重要的作用。尤其近几年来，我国的公路建设越来越规模化，与之相应的公路勘测工作也受到人们的高度重视。论文重点以 LIDAR技术为例，分析了机载三维激光扫描技术在公路勘测中的应用，以供参考。

【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.

【关键词】LIDAR技术;公路勘测;应用

【Keywords】 LIDAR technology; highway survey; application

【中图分类号】U412.24                                           【文献标志码】A                                            【文章编号】1673-1069（2019）05-0137-02

1 引言

随着社会经济的快速发展，我国现有公路所承受的交通压力越来越大，而我国的高速公路辐射面积也越来越广。在新疆，越来越多的公路工程也展开建设，在山区以及高原等地方，必须要拥有更高的公路勘测技术，才能够达到公路勘测的精度以及速度要求。而LIDAR技术是集激光扫描仪、差分GPS系统、IMU、数码相机于一体的机载三维激光扫描技术，在公路勘测中的发挥着十分重要的作用。

2 LIDAR技术的应用原理

LIDAR技术是一种新型的技术，在IMU以及动态载波相位差分GPS系统的基础上，在激光扫描系统以及微计算机的辅助下，对测量资料进行内部处理，并将距离或者角度等资料进行显示、存储或者输出，然后再与距离传感器中的数据进行比对和匹配。然后再在一系列软件的共同作用下确定测量目标的表面形态，获得相应的三维坐标数据。在拥有了这些数据和形态之后，就可以进行各种类型的量算，或者进行相应立体模型的构建。

首先，机载LIDAR在飞行拍摄的过程中，激光扫描仪就可以通过其特定的激光束的发射与接收对地面进行线状扫描。同时动态载波差分GPS系统就可以对传感器的经纬度进行明确，IMU可以对飞机的姿态数据进行实时测量，确定飞机的滚动、仰俯以及航偏角。而且系统的几个组成部分可以实现同步工作，所以可以很方便地将GPS系统与IMU的数据进行充分融合，然后再经过地面数据处理之后，生成地面三维数据。

3 LIDAR技术在公路勘测中的应用优势

LIDAR技术在公路勘测中的应用具有以下六大优势。第一，工作速度快。因为LIDAR技术可以迅速获取较大范围内的空间实体数据，从而及时测量明确实体平面的三维数据，并与智能化监控系统进行结合。第二，不需要直接接触被测目标。针对一些勘测人员无法到达的区域，或者地势比较危险的地段，就可以应用LIDAR技术完成扫描测绘任务。第三，具有很强的穿透性。激光本身就有很强的穿透性，可以通过LIDAR技术中的激光扫描仪直接获得目标物不同层面的几何数据，进而完成样本的测绘。第四，密度和精度都非常高，LIDAR技术可以以精密度较高的传感技术、以及智能化的三维式进行目标物各种信息和数据的搜集和测绘，极大的避免了人工测绘产生的误差。第五，具有很强的及时性、直观性以及主动性。LIDAR技术不受时间和空间的影响，通过自身的激光脉冲信号的发射与收集来进行目标物样貌的描述。第六，智能化和数字化的特点突出。LIDAR技术全程使用数字形式测绘，可以直接获取数字长度信息，很容易实现智能化的描绘[1]。

4 LIDAR技术在公路勘测中的具体应用

4.1 数字正射影像图和数字地貌图的绘制

在公路勘测中，LIDAR技术可以有效获取点云信息以及其他有用的数据，并对这些数据和信息进行整理和分析，进而完成数字正射影像图以及数字地貌图的绘制。正常情况下，数字地貌图的比例为1：1000，而数字正射影像图的精确度也会控制在20cm以内，完全符合公路勘测工作正常开展的各项要求。而数字正射影像图可以进行走廊部分直观图像的描绘，然后再根据遥感测绘资料以及其他地理资料，对不同类型的公路进行勘察，不仅可以有效提升公路勘测路线的选择效率，还提升了公路勘测的质量。目前数字正射影像图和数字地貌图的绘制主要依靠摄影测量技术人员实施。

4.2 数字地面模型的绘制

在公路勘测中，数字地面模型可以为相关工作人员提供必要的纵断面以及横断面的信息资料、地理资料。而要想进行数字地面模型的成功绘制，必须要具备以下三大数据信息：第一摄影测量信息，第二数字式地貌图信息，第三野外测量的实际数据。但是数字式地貌图受到地貌原图精确度的影响较大，且扫描工作也存在着一定的误差，所以其精度以及速度无法适应现代公路勘测的发展需求，工作质量也得不到保证。而野外测量又是一种满足较高精度要求的勘测方法，但是受到测量速度的限制，在山地、重丘等地貌，则很难发挥出其优势。无论是供给带状地貌图，还是数字地面模型，摄影测量都是目前公路勘测工作的关键点，可以满足目前公路勘测中精度以及速度的要求。但是这种测量方法最大的缺陷就是受到天气的影响较大。例如，在一些天气比较恶劣、植被分布比较密集或者地形出现破碎的区域，将无法体现出其工作效率以及工作质量方面的优势。但是LIDAR技术却可以有效解决摄影测量技术中的缺陷。

4.3 在高速公路线路勘测中的应用

LIDAR技术在高速公路线路勘测中的应用主要包含以下三方面：第一，原始数据的采集与获取，即在机载LIDAR飞行拍摄之前，要先制定飞行技术，并完成激光扫描仪、数码相机、GPS定位系统等的安置;第二，对基础数据的处理与整理，即将机载LIDAR野外采集所得数据进行一定的处理和整理;第三对线路的优化設计，即借助正射影像图和激光点云数据、数字高程模型数据等数据，通过二维与三维的结合实现高速公路线路路径的优化[2]。

5 结语

综上所述，LIDAR技术是一种较为新型的机载激光扫描技术，在公路勘测中的应用还有很多需要改善的地方。其造价成本虽然较高，但是应用优势十分突出，所以LIDAR技术在未来的应用前景将十分广阔。

【参考文献】

【1】陈君朝，刘新舟，陈楚江.高速公路改扩建精密机载三维激光扫描测量方法[J].公路交通科技（应用技术版），2015，11（01）：4-7.

【2】张熙，刘小勇.机载激光扫描技术在公路勘察设计中的应用及关键技术研究[J].公路交通科技（应用技术版），2014，10（04）：139-141.