公路勘測“邂逅”激光雷達測量技術(shù)

發(fā)布日期：2019-05-17 15:51 瀏覽量：10303

機載激光雷達測量技術(shù)是什么？

相比傳統(tǒng)的航空攝影測量技術(shù)比較分析，機載激光雷達技術(shù)具備獨特的優(yōu)勢，即自動化程度高、受天氣影響比較小、生產(chǎn)周期較短、精確度較高等。

機載激光雷達技術(shù)是一種綜合利用激光全球定位系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)。主要應(yīng)用到探測地面的三維坐標(biāo)中，以此產(chǎn)生激光雷達數(shù)據(jù)影響，通過進行數(shù)據(jù)處理和軟件處理，進一步生成地面DEM 模型、等值線圖、DOM 正射影像圖。

機載激光雷達測繪技術(shù)主要就是把激光、全球定位、慣性導(dǎo)航、光學(xué)技術(shù)相結(jié)合，利用光學(xué)遙感技術(shù)，探測波段，以此有效獲取地面物體反射能量大小和物體反射波譜的幅度、頻率、相位等，針對所獲得的數(shù)據(jù)信息，及時處理并定位，據(jù)此針對目標(biāo)物體，準(zhǔn)確測速和識別。現(xiàn)階段，我國主要把機載激光雷達測繪技術(shù)應(yīng)用到數(shù)字城市規(guī)劃、工程建筑測量、電力設(shè)計勘測選線、線路監(jiān)測、災(zāi)害監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、林業(yè)種植與規(guī)劃等領(lǐng)域。

機載激光雷達測量技術(shù)在公路勘察設(shè)計中的應(yīng)用

1、采集參數(shù)選擇

機載激光雷達測量具有其自身的獨特參數(shù)，即激光點間隔、激光重疊度、影像地面分辨率、飛行高度等相關(guān)參數(shù)。激光點間隔主要是通過平均點間隔距離或點數(shù)加以表示，從而對最終地面點的插值精度有著直接影響。在點云到達一定密度值之后，精度會隨著后期處理工作量不斷增加，增大因為分類錯誤所導(dǎo)致的誤差。切實根據(jù)工程相關(guān)數(shù)據(jù)信息，全面防止發(fā)生邊緣變形誤差，在后期處理數(shù)據(jù)時，剪切掉重疊區(qū)域的激光點。

因此，在地形起伏并不大的情況下，機載激光雷達測量技術(shù)航測對航線旁向的重疊度，需要嚴格控制在 20％-25％之間，只有這樣才能夠滿足使用需求。地面分辨率和成圖比例尺息息相關(guān)，以此描述像素代表地面的實際距離。飛行高度設(shè)計和成圖的精確度要求密切相聯(lián)系，也與激光設(shè)施設(shè)備和測區(qū)地形等相關(guān)聯(lián)。

所以，在實際工程中，需要對相關(guān)參數(shù)進行全面計算和詳細分析。并且，隨著激光器校驗技術(shù)不斷精確，飛行高度對激光精度的影響不斷縮小。

2、輔助地面控制測量

激光點云的高程精度充分發(fā)揮著重要作用，在機載激光雷達測量中，一般都會設(shè)置與其相合適的地面基站測量，會涉及到地面控制測量的相關(guān)因素，其中主要有地面基站精確度、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、水準(zhǔn)面擬合精度、衛(wèi)星分布情況等。機載激光雷達飛行時，與傳統(tǒng)測量比較分析，輔助地面基站測量工作強度大大降低，但是，技術(shù)要求難度會逐漸增加，在測量等級和精度的時候，要求非常高。

3、 DOM 和 DEM 制作

通過 POS 數(shù)據(jù)信息，計算外方位元素、相機參數(shù)迭代計算、影響鑲嵌、影響和點云匹配等，可以制作數(shù)字正射影像圖 DOM。1:2000 的 DOM 分辨率在 0.2m 以上，能夠滿足公路勘察設(shè)計可行性、初步設(shè)計、施工圖紙設(shè)計各環(huán)節(jié)的需求。充分合理 DOM，對點云數(shù)據(jù)進行分類判斷和地物提取等，利用所獲取的地面點在對應(yīng)軟件中，制作出可以滿足需求的數(shù)字地形圖 DEM。

4、數(shù)字線劃圖 DLG 繪制

盡管 DEM 和 DOM 能夠滿足三維設(shè)計需求，但是此軟件并不能完全滿足生產(chǎn)需要。再加上，主流公路設(shè)計軟件，在開展公路設(shè)計工作時，主要通過等高線，以此為主的數(shù)字線劃圖 DLG。受相幅和相機限制，Lidar 所獲取的影像不適合通過立體測圖的方式獲得大面積 DLG。

一般來講，利用 DEM 自動生成等高線和高程點，結(jié)合 DOM 進行道路和排水等地物要素的矢量化。嚴格按照野外調(diào)繪位置，描繪地下管線。Lidar 相對敏感的地面上，電力和通訊線等都可以從影像上獲取，也可以通過一定算法獲取矢量。

5、斷面采集

在進行公路勘察施工設(shè)計階段，橫斷面的測量任務(wù)相對繁雜。機載激光雷達測量技術(shù)通過詳細劃分激光點云，以便于對植被覆蓋比較密集的區(qū)域，可以獲取更加精確的DEM，以此有效解決傳統(tǒng)航測技術(shù)中所存在的主要問題。充分合理利用高精度 DEM 批量測繪線路上任意點的橫斷面，以此利于實現(xiàn)自動化，用時比較少，精確較高，還能夠有效避免發(fā)生野外測量錯誤狀況。

在激光雷達技術(shù)支持下不僅數(shù)據(jù)成果精度高，而且可降低外業(yè)工作強度，尤其是在戈壁荒漠等人員相對困難到達的地方，能夠大量的減少人工成本，同時又能獲取高精度的地形測繪成果，提高外業(yè)工作效率，通過數(shù)據(jù)比較其成果精度完全滿足相關(guān)規(guī)范要求。