公路勘測(cè)“邂逅”激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)

發(fā)布日期：2019-05-17 15:51 瀏覽量：10246

機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)是什么？

相比傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量技術(shù)比較分析，機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)具備獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，即自動(dòng)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(jī)載激光雷達(dá)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(cè)地面的三維坐標(biāo)中，以此產(chǎn)生激光雷達(dá)數(shù)據(jù)影響，通過進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和軟件處理，進(jìn)一步生成地面DEM 模型、等值線圖、DOM 正射影像圖。

機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)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(cè)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(duì)所獲得的數(shù)據(jù)信息，及時(shí)處理并定位，據(jù)此針對(duì)目標(biāo)物體，準(zhǔn)確測(cè)速和識(shí)別?，F(xiàn)階段，我國(guó)主要把機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用到數(shù)字城市規(guī)劃、工程建筑測(cè)量、電力設(shè)計(jì)勘測(cè)選線、線路監(jiān)測(cè)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、林業(yè)種植與規(guī)劃等領(lǐng)域。

機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)在公路勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1、采集參數(shù)選擇

機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量具有其自身的獨(dú)特參數(shù)，即激光點(diǎn)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(diǎn)間隔主要是通過平均點(diǎn)間隔距離或點(diǎn)數(shù)加以表示，從而對(duì)最終地面點(diǎn)的插值精度有著直接影響。在點(diǎn)云到達(dá)一定密度值之后，精度會(huì)隨著后期處理工作量不斷增加，增大因?yàn)榉诸愬e(cuò)誤所導(dǎo)致的誤差。切實(shí)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(shí)，剪切掉重疊區(qū)域的激光點(diǎn)。

因此，在地形起伏并不大的情況下，機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)航測(cè)對(duì)航線旁向的重疊度，需要嚴(yán)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(shí)際距離。飛行高度設(shè)計(jì)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(cè)區(qū)地形等相關(guān)聯(lián)。

所以，在實(shí)際工程中，需要對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行全面計(jì)算和詳細(xì)分析。并且，隨著激光器校驗(yàn)技術(shù)不斷精確，飛行高度對(duì)激光精度的影響不斷縮小。

2、輔助地面控制測(cè)量

激光點(diǎn)云的高程精度充分發(fā)揮著重要作用，在機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量中，一般都會(huì)設(shè)置與其相合適的地面基站測(cè)量，會(huì)涉及到地面控制測(cè)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(jī)載激光雷達(dá)飛行時(shí)，與傳統(tǒng)測(cè)量比較分析，輔助地面基站測(cè)量工作強(qiáng)度大大降低，但是，技術(shù)要求難度會(huì)逐漸增加，在測(cè)量等級(jí)和精度的時(shí)候，要求非常高。

3、 DOM 和 DEM 制作

通過 POS 數(shù)據(jù)信息，計(jì)算外方位元素、相機(jī)參數(shù)迭代計(jì)算、影響鑲嵌、影響和點(diǎn)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(jì)可行性、初步設(shè)計(jì)、施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)的需求。充分合理 DOM，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分類判斷和地物提取等，利用所獲取的地面點(diǎn)在對(duì)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(jì)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(jì)軟件，在開展公路設(shè)計(jì)工作時(shí)，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(jī)限制，Lidar 所獲取的影像不適合通過立體測(cè)圖的方式獲得大面積 DLG。

一般來(lái)講，利用 DEM 自動(dòng)生成等高線和高程點(diǎn)，結(jié)合 DOM 進(jìn)行道路和排水等地物要素的矢量化。嚴(yán)格按照野外調(diào)繪位置，描繪地下管線。Lidar 相對(duì)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(jìn)行公路勘察施工設(shè)計(jì)階段，橫斷面的測(cè)量任務(wù)相對(duì)繁雜。機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)通過詳細(xì)劃分激光點(diǎn)云，以便于對(duì)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(cè)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(cè)繪線路上任意點(diǎn)的橫斷面，以此利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，用時(shí)比較少，精確較高，還能夠有效避免發(fā)生野外測(cè)量錯(cuò)誤狀況。

在激光雷達(dá)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(qiáng)度，尤其是在戈壁荒漠等人員相對(duì)困難到達(dá)的地方，能夠大量的減少人工成本，同時(shí)又能獲取高精度的地形測(cè)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。