机载激光雷达(LiDAR)测量在公路三维测设中的应用探究

李文辉

摘要：机载激光雷达（LiDAR）测量技术融合了多种先进技术，在公路三维测设中发挥着更大的作用。基于此，本文分析了机载激光雷达（LiDAR）测量的技术的使用优势，阐述了辅助地面控制测量、采集参数的选择、横断面的采集、DOM、DEM、DLG的制作这些机载激光雷达（LiDAR）测量技术在公路三维测设中的应用。

关键词：机载激光雷达（LiDAR）测量;公路;三维测设

作为一种新型的空间测量技术，机载激光雷达（LiDAR）测量技术融合了全球定位系统（GNSS）、激光扫描、摄影测量、惯性导航系统（IMU）等技术，能够更加准确的、快速的完成地表三维空间信息的收集。可以说，机载激光雷达（LiDAR）测量技术是继GPS技术后的又一次三维测绘技术进步。经过实践能够发现，机载激光雷达（LiDAR）测量技术能够更加高效的获取地面精密数字地面模型，在公路三维测设中发挥着重要的作用。

一、机载激光雷达（LiDAR）测量的技术分析

（一）机载激光雷达（LiDAR）测量技术的使用优势分析

对于机载激光雷达（LiDAR）测量技术来说，其融合的多种先进技术，在公路三维测设中有着更好的使用有优势。机载激光雷达（LiDAR）测量技术主要有以下几种使用优势：

第一，数据密度相对较高。机载激光点云的采集间距相对较小，一般在0.8-1.2米之间。结合实际的需求该间距可以更小。在这样的采集条件下，数据密度显著提升，在真实地面高程模型的建立中有着极大的优势。而在传统的DTM测量中，平均点的间距在25米左右。可知，机载激光雷达（LiDAR）测量技术有着更高的数据密度。

第二，精确度相对较高。对于机载激光点云数据来说，其获取都是激光测量直接完成的。理论上，机载激光雷达（LiDAR）测量技术的高程精度可以达到0.1米;平面精度可以达到0.15米。而在传统的航测中，理论上的高程精度为0.3-0.5米。

第三，空三定位更为先进。对于机载激光雷达（LiDAR）测量技术来说，其融合了多种先进技术，包括惯性导航技术（IMU）、全球定位系统（GNSS）等，所以可以实现更为精准的空间定位，打破了传统航测中必须展开大量地面像控点校正的工作模式。

第四，抗干扰的能力更好。机载激光雷达（LiDAR）测量技术不会受到太阳高度、阴影等因素的影响，穿透植被的能力也更强[1]。在这样的技术支持下，公路三维测试中的数据精度、真实度更高。同时，该技术的数据处理速度也更快，一般来说，10天左右就能够完成100千米的公路测量。

（二）机载激光雷达（LiDAR）的点云数据处理分析

机载激光雷达（LiDAR）测量的点云数据处理主要对航拍得到的多种数据以及基站数据等展开转换、分析、检验等，使得最终得出的数据与相应的使用要求向符合。一般来说，相关工作人员通常会应用机载激光雷达处理脉冲点数据，实现测量区域三维数据信息的获取，并以此为依据，完成该区域三维数据模型的构建。在机载激光雷达（LiDAR）测量技术中，点云数据处理十分关键，其准确、全面的程度直接关系到空间三维数据模型建立的有效性。

二、机载激光雷达（LiDAR）测量技术在公路三维测设中的应用

（一）采集参数的选择

在机载激光雷达（LiDAR）测量技术的实际应用中，其有着较为独特的参数，主要包括激光重叠度、激光点间隔、飞行高度、影像地面分辨率等等。其中，激光重叠度来说，由于机载激光雷达（LiDAR）测量技术中点云的密度值相对较大，所以其精度会随着后期数据处理工作量的增加而有所提升，导致由于分类错误引起的误差有所提高。所以，相关工作人员必须要结合公路工程中的相关数据信息，在后期数据处理的过程中，对重叠区域的激光点进行剪切与剔除，避免边缘变形误差的产生。基于这样的要求，相关工作人员必须要将机载激光雷达（LiDAR）测量技术中航测与航线旁向的重叠度严格的控制在20%-25%以内，最大程度的满足实际公路三维测设的需要。

对于激光点间隔来说，其主要利用了平均点间隔的距离、点数等来完成表达，其直接影响着最终地面点的插值精度。对于飞行高度来说，其与成图的精确度有着更加紧密的联系。同时，飞行高度与测量区域地形、使用的激光设备设施等也有一定的关联性。现阶段，激光器校验技术的精确程度不断提升，使得飞行高度对激光精度的影响作用不断降低。对于影像地面分辨率来说，其与成图比例尺有着十分紧密的关系，使用该描述像素能够替代地面的实际距离。这意味着，相关工作人员在应用机载激光雷达（LiDAR）测量技术展开公路三维测设时，要全面计算、详细分析相关参数信息，确保三维测设的准确性。

（二）减轻辅助地面控制测量的工作

在地面控制测量中，激光点云的高程精度十分重要。在应用机载激光雷达（LiDAR）测量技术展开公路三维测设中，普遍配套使用与该技术配套的地面基站测量方式[2]。在这样的方式下，机载激光雷达（LiDAR）测量技术的应用会涉及到与地面控制测量有关的因素，主要包括坐标转换、地面基站精确度、卫星分布情况、水准面拟合精度等等。在机载激光雷达（LiDAR）测量技术的实际应用中，相比于传统的测量比较分析技术，会显著降低辅助地面基站测量工作的强度。但是，该技术的难度、测量等级以及精确度的要求更高。

（三）数字正射影像图、数字地形图、数字线划图的制作

相关工作人员在应用机载激光雷达（LiDAR）测量技术展开公路三维测绘时，可以利用POS数据信息，结合相机参数迭代计算、外方位元素计算、影像镶嵌、点云匹配等等，能够完成数字正射影像图的制作。一般来说，相关工作人员只要保证1：2000的数字正射影像图的分辨率大于0.2米，就能够达到公路三维测设的具体要求[3]。

通过使用数字正射影像图，对其中的点云数据展开分类判断，并完成地物的提取，结合相关软件系统对地面点的获取，相关工作人员能够完成数字地形图的制作。对于公路三维测设来说，数字正射影像图以及数字地形图的制作能夠满足其相应的要求，但是并没有完全满足实际的需求。同时，在常见的公路设计软件中，相关工作人员主要使用了等高线完成数字线划图，所以在实际的绘制过程中会受到相幅以及相机的限制，致使获取的影像无法利用立体测图的方式获得大面积的数字线划图。相关工作人员要结合数字地形图中自动生成的等高线以及高程点，结合数字正射影像图完成公路等物要素的矢量化。同时，也要结合野外调绘位置，完成地下管线的规制。

另外，横断面的采集也是机载激光雷达（LiDAR）测量技术在公路三维测设中的重要应用。在公路三维测设中，横断面测量的工作量较为繁重。利用机载激光雷达（LiDAR）测量技术，能够更加精确的获取植被较为密集区域的数字地形图，完成了公路上任意点横断面的批量测绘。

三、结语：

综上所述，机载激光雷达（LiDAR）测量技术在公路三维测设中发挥着极为重要的作用。机载激光雷达（LiDAR）测量技术可以更加精准的完成横断面的采集、数字正射影像图、数字地形图、数字线划图的制作，结合辅助地面控制测量、采集参数的选择，进一步提升了基于机载激光雷达（LiDAR）测量技术的公路三维测设效率，降低了测量错误。

参考文献：

[1]王军林.机载激光雷达系统在测绘领域的应用[J].工程建设与设计，2018（18）：274-275.

[2]程海帆，赵本焱，王志文.机载激光雷达（LiDAR）测量在公路三维测设中的应用[J].测绘与空间地理信息，2016，39（01）：73-75.