李文輝

摘要：機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)融合了多種先進(jìn)技術(shù)，在公路三維測(cè)設(shè)中發(fā)揮著更大的作用?；诖耍疚姆治隽藱C(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量的技術(shù)的使用優(yōu)勢(shì)，闡述了輔助地面控制測(cè)量、采集參數(shù)的選擇、橫斷面的采集、DOM、DEM、DLG的制作這些機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)在公路三維測(cè)設(shè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量;公路;三維測(cè)設(shè)

作為一種新型的空間測(cè)量技術(shù)，機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)融合了全球定位系統(tǒng)（GNSS）、激光掃描、攝影測(cè)量、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（IMU）等技術(shù)，能夠更加準(zhǔn)確的、快速的完成地表三維空間信息的收集?？梢哉f，機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)是繼GPS技術(shù)后的又一次三維測(cè)繪技術(shù)進(jìn)步。經(jīng)過實(shí)踐能夠發(fā)現(xiàn)，機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)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(cè)設(shè)中發(fā)揮著重要的作用。

一、機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量的技術(shù)分析

（一）機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)的使用優(yōu)勢(shì)分析

對(duì)于機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)來說，其融合的多種先進(jìn)技術(shù)，在公路三維測(cè)設(shè)中有著更好的使用有優(yōu)勢(shì)。機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)主要有以下幾種使用優(yōu)勢(shì)：

第一，數(shù)據(jù)密度相對(duì)較高。機(jī)載激光點(diǎn)云的采集間距相對(duì)較小，一般在0.8-1.2米之間。結(jié)合實(shí)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(shí)地面高程模型的建立中有著極大的優(yōu)勢(shì)。而在傳統(tǒng)的DTM測(cè)量中，平均點(diǎn)的間距在25米左右。可知，機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)有著更高的數(shù)據(jù)密度。

第二，精確度相對(duì)較高。對(duì)于機(jī)載激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)來說，其獲取都是激光測(cè)量直接完成的。理論上，機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)的高程精度可以達(dá)到0.1米;平面精度可以達(dá)到0.15米。而在傳統(tǒng)的航測(cè)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(jìn)。對(duì)于機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)來說，其融合了多種先進(jìn)技術(shù)，包括慣性導(dǎo)航技術(shù)（IMU）、全球定位系統(tǒng)（GNSS）等，所以可以實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的空間定位，打破了傳統(tǒng)航測(cè)中必須展開大量地面像控點(diǎn)校正的工作模式。

第四，抗干擾的能力更好。機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)不會(huì)受到太陽高度、陰影等因素的影響，穿透植被的能力也更強(qiáng)[1]。在這樣的技術(shù)支持下，公路三維測(cè)試中的數(shù)據(jù)精度、真實(shí)度更高。同時(shí)，該技術(shù)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(cè)量。

（二）機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理分析

機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理主要對(duì)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(yàn)等，使得最終得出的數(shù)據(jù)與相應(yīng)的使用要求向符合。一般來說，相關(guān)工作人員通常會(huì)應(yīng)用機(jī)載激光雷達(dá)處理脈沖點(diǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)測(cè)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(gòu)建。在機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)中，點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理十分關(guān)鍵，其準(zhǔn)確、全面的程度直接關(guān)系到空間三維數(shù)據(jù)模型建立的有效性。

二、機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)在公路三維測(cè)設(shè)中的應(yīng)用

（一）采集參數(shù)的選擇

在機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，其有著較為獨(dú)特的參數(shù)，主要包括激光重疊度、激光點(diǎn)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(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)中點(diǎn)云的密度值相對(duì)較大，所以其精度會(huì)隨著后期數(shù)據(jù)處理工作量的增加而有所提升，導(dǎo)致由于分類錯(cuò)誤引起的誤差有所提高。所以，相關(guān)工作人員必須要結(jié)合公路工程中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，在后期數(shù)據(jù)處理的過程中，對(duì)重疊區(qū)域的激光點(diǎn)進(jìn)行剪切與剔除，避免邊緣變形誤差的產(chǎn)生。基于這樣的要求，相關(guān)工作人員必須要將機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)中航測(cè)與航線旁向的重疊度嚴(yán)格的控制在20%-25%以內(nèi)，最大程度的滿足實(shí)際公路三維測(cè)設(shè)的需要。

對(duì)于激光點(diǎn)間隔來說，其主要利用了平均點(diǎn)間隔的距離、點(diǎn)數(shù)等來完成表達(dá)，其直接影響著最終地面點(diǎn)的插值精度。對(duì)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(shí)，飛行高度與測(cè)量區(qū)域地形、使用的激光設(shè)備設(shè)施等也有一定的關(guān)聯(lián)性?，F(xiàn)階段，激光器校驗(yàn)技術(shù)的精確程度不斷提升，使得飛行高度對(duì)激光精度的影響作用不斷降低。對(duì)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(guān)系，使用該描述像素能夠替代地面的實(shí)際距離。這意味著，相關(guān)工作人員在應(yīng)用機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)展開公路三維測(cè)設(shè)時(shí)，要全面計(jì)算、詳細(xì)分析相關(guān)參數(shù)信息，確保三維測(cè)設(shè)的準(zhǔn)確性。

（二）減輕輔助地面控制測(cè)量的工作

在地面控制測(cè)量中，激光點(diǎn)云的高程精度十分重要。在應(yīng)用機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)展開公路三維測(cè)設(shè)中，普遍配套使用與該技術(shù)配套的地面基站測(cè)量方式[2]。在這樣的方式下，機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用會(huì)涉及到與地面控制測(cè)量有關(guān)的因素，主要包括坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、地面基站精確度、衛(wèi)星分布情況、水準(zhǔn)面擬合精度等等。在機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，相比于傳統(tǒng)的測(cè)量比較分析技術(shù)，會(huì)顯著降低輔助地面基站測(cè)量工作的強(qiáng)度。但是，該技術(shù)的難度、測(cè)量等級(jí)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(guān)工作人員在應(yīng)用機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)展開公路三維測(cè)繪時(shí)，可以利用POS數(shù)據(jù)信息，結(jié)合相機(jī)參數(shù)迭代計(jì)算、外方位元素計(jì)算、影像鑲嵌、點(diǎn)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(guān)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(dá)到公路三維測(cè)設(shè)的具體要求[3]。

通過使用數(shù)字正射影像圖，對(duì)其中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)展開分類判斷，并完成地物的提取，結(jié)合相關(guān)軟件系統(tǒng)對(duì)地面點(diǎn)的獲取，相關(guān)工作人員能夠完成數(shù)字地形圖的制作。對(duì)于公路三維測(cè)設(shè)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(yīng)的要求，但是并沒有完全滿足實(shí)際的需求。同時(shí)，在常見的公路設(shè)計(jì)軟件中，相關(guān)工作人員主要使用了等高線完成數(shù)字線劃圖，所以在實(shí)際的繪制過程中會(huì)受到相幅以及相機(jī)的限制，致使獲取的影像無法利用立體測(cè)圖的方式獲得大面積的數(shù)字線劃圖。相關(guān)工作人員要結(jié)合數(shù)字地形圖中自動(dòng)生成的等高線以及高程點(diǎn)，結(jié)合數(shù)字正射影像圖完成公路等物要素的矢量化。同時(shí)，也要結(jié)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(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)在公路三維測(cè)設(shè)中的重要應(yīng)用。在公路三維測(cè)設(shè)中，橫斷面測(cè)量的工作量較為繁重。利用機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)，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(diǎn)橫斷面的批量測(cè)繪。

三、結(jié)語：

綜上所述，機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)在公路三維測(cè)設(shè)中發(fā)揮著極為重要的作用。機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)可以更加精準(zhǔn)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(jié)合輔助地面控制測(cè)量、采集參數(shù)的選擇，進(jìn)一步提升了基于機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量技術(shù)的公路三維測(cè)設(shè)效率，降低了測(cè)量錯(cuò)誤。

參考文獻(xiàn)：

[1]王軍林.機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)在測(cè)繪領(lǐng)域的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2018（18）：274-275.

[2]程海帆，趙本焱，王志文.機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）測(cè)量在公路三維測(cè)設(shè)中的應(yīng)用[J].測(cè)繪與空間地理信息，2016，39（01）：73-75.