LiDAR技術在山區(qū)道路勘察測量中的(de)應用(yòng)

　　1、前言

　　在山區(qū)公路勘察過程中，線路所經範圍大(dà)多(duō)由于地形複雜(zá)，測繪人(rén)員(yuán)無法到達，給常規勘測方法和(hé)手段帶來(lái)極大(dà)困難。以重慶巫溪縣至陝西鎮平縣高(gāo)速公路爲例，路線經過區(qū)域地貌以山地爲主，山地占95％以上，個(gè)别路段山勢陡峭；地形爲南(nán)低北(běi)高(gāo)，絕對(duì)高(gāo)差達2000米，屬典型的(de)中深切割中山地形，按傳統勘測方法，很難按時(shí)保質的(de)要求完成前期基礎資料測繪工作，尤其是設計用(yòng)1：2000或更大(dà)比例尺地形成果圖及路線和(hé)結構物(wù)縱橫斷面測繪。爲了(le)解決上述問題，拟采用(yòng)目前技術最先進國内較成熟的(de)能實時(shí)獲取地形表面三維空間信息和(hé)影(yǐng)像的(de)航空遙感新技術即機載三維激光(guāng)雷達掃描（簡稱LiDAR）勘測新技術。與傳統遙感技術相比較具有自動化(huà)程度高(gāo)、受天氣影(yǐng)響小、數據生産周期短、精度高(gāo)等技術特點。

　　2、LiDAR 技術原理(lǐ)

　　LiDAR系統通(tōng)常由以下(xià)部分(fēn)組成：POS系統，傳感器系統，采集管理(lǐ)系統，存儲與控制系統。其中POS系統由GPS定位系統和(hé)IMU慣性導航系統組成。GPS定位系統通(tōng)過差分(fēn)精确測定傳感器的(de)空間位置，IMU慣性導航系統精确記錄飛(fēi)行姿态，激光(guāng)傳感器通(tōng)過計算(suàn)激光(guāng)回波時(shí)間，精确記錄傳感器與地物(wù)回波點之間的(de)距離，由此可(kě)直接測量地面及地物(wù)各個(gè)點的(de)三維坐(zuò)标。

　　使用(yòng)激光(guāng)進行距離量測可(kě)大(dà)大(dà)提高(gāo)了(le)數據采集的(de)可(kě)靠性和(hé)抗幹擾能力。當來(lái)自激光(guāng)器的(de)激光(guāng)射到一個(gè)物(wù)體的(de)表面時(shí)，其中一部分(fēn)光(guāng)會反射回去，被激光(guāng)雷達所配備的(de)接收器所接收。當儀器計算(suàn)出光(guāng)由激光(guāng)器射出到返回到接收器的(de)時(shí)間爲2t後，那麽激光(guāng)器到反射物(wù)體的(de)距離d=光(guāng)速(c)×時(shí)間(t)， 結合GPS得(de)到的(de)激光(guāng)器位置坐(zuò)标信息， IMU得(de)到的(de)激光(guāng)方向信息，就可(kě)以準确地計算(suàn)出每一個(gè)激光(guāng)點的(de)大(dà)地坐(zuò)标 (x,y,z)，大(dà)量的(de)激光(guāng)點聚集成激光(guāng)點雲，組成點雲圖像，這(zhè)就是機載激光(guāng)雷達的(de)測高(gāo)原理(lǐ)。激光(guāng)束發射的(de)頻(pín)率可(kě)以從每秒幾個(gè)脈沖到每秒幾萬個(gè)脈沖，拿頻(pín)率爲每秒一萬次脈沖的(de)系統來(lái)說，接收器将會在一分(fēn)鐘(zhōng)内記錄六十萬個(gè)點。LiDAR系統還(hái)能記錄同一脈沖的(de)多(duō)次反射，激光(guāng)束可(kě)能先打在樹冠的(de)項端，其中的(de)一部繼續向下(xià)打在更多(duō)的(de)樹葉或枝幹上，有些甚至打在地面上被返回，這(zhè)樣就會有一組多(duō)次返回的(de)具有(x,y,z)坐(zuò)标的(de)點記錄，并分(fēn)層表示。利用(yòng)這(zhè)個(gè)特點，我們可(kě)以通(tōng)過分(fēn)類和(hé)濾波處理(lǐ)，獲取地面高(gāo)程以及樹高(gāo)及建築物(wù)的(de)高(gāo)度等信息。 利用(yòng)機載LiDAR系統進行測高(gāo)作業，根據不同的(de)航高(gāo)，其平面精度可(kě)以達到0.15～1 m，高(gāo)程精度可(kě)達到10～30cm， 地面分(fēn)辨率甚至可(kě)達到厘米級。

　　3 、LiDAR特點及優勢

　　3.1、 采用(yòng)激光(guāng)探測技術，直接獲取地物(wù)三維坐(zuò)标，采集數據精度高(gāo)；

　　3.2 激光(guāng)具有植被微小縫隙穿透能力，多(duō)次回波，獲取更多(duō)地形、植被信息，傳統航攝在植被密集區(qū)域不能獲取地面數據；

　　3.3、 多(duō)傳感器集成，三維激光(guāng)點雲數據與影(yǐng)像數據同時(shí)獲取；

　　3.4、 少或無地面控制作業，大(dà)大(dà)減少外業工作量，特别适合困難地區(qū)作業；

　　3.5 、航飛(fēi)采集與控制作業同步進行，内業處理(lǐ)流程少，生産效率高(gāo)；

　　3.6、 不獲取影(yǐng)像數據的(de)情況下(xià)，激光(guāng)對(duì)天氣要求相對(duì)寬松，具備全天時(shí)作業能力；

　　3.7 、獲取的(de)數據信息全，可(kě)廣泛應用(yòng)于公路勘測的(de)各個(gè)階段。

　　4、LiDAR技術在新建山區(qū)公路勘測中的(de)運用(yòng)

　　4.1、 困難地區(qū)勘測：适用(yòng)于高(gāo)山峽谷、森林(lín)、無人(rén)區(qū)、沼澤等地形地貌複雜(zá)地區(qū)勘測；

　　4.2、 公路走廊帶高(gāo)精度DEM數據：三維仿真環境中，基于土石方、拆遷量、地形走勢等因素，綜合考慮優化(huà)路線走向；

　　4.3 、土石方量計算(suàn)：基于DEM進行精确填、挖土石方量計算(suàn)；

　　4.4、 真實地形斷面量測：利用(yòng)LiDAR多(duō)回波技術及基于點雲、DEM、DSM數據成果，室内任意量測斷面，數據準，效率高(gāo)；

　　4.5、 三維可(kě)視化(huà)設計：多(duō)視角真三維設計場(chǎng)景，可(kě)實時(shí)交互操作；

　　4.6、 地畝圖勘界及林(lín)勘數量統計：根據三維點雲、DOM影(yǐng)響數據，提取樹種、樹高(gāo)等信息，進行現場(chǎng)勘界複核、林(lín)業砍伐面積及數量統計、以及生态環境影(yǐng)響程度評估等。

　　LiDAR提供的(de)數據産品包括：激光(guāng)點雲數據、三維地表模型（DSM）、數字高(gāo)程模型（DEM）、數字正射影(yǐng)像（DOM）、數字線劃地圖（DLG）、道路要素三維矢量圖等。

　　5、結語

　　機載激光(guāng)雷達采用(yòng)激光(guāng)主動測量，克服地形、植被的(de)影(yǐng)響，對(duì)天氣條件相對(duì)寬松，數據成果直接滿足公路詳測與施工圖設計要求，不僅保證了(le)工程質量的(de)準确性，更加保證了(le)工程工期的(de)可(kě)控。機載激光(guāng)雷達在公路勘察設計的(de)研究與應用(yòng)，創新了(le)山區(qū)公路測設的(de)手段與方法，使山區(qū)公路交通(tōng)建設的(de)技術水(shuǐ)平上升到一個(gè)新高(gāo)度。

猜你喜歡：

基于LiDAR的(de)測高(gāo)數據制作DEM方法

基于LIDAR技術的(de)空三加密及DOM制作方法

版權聲明(míng)：文章(zhāng)來(lái)源于網絡，登載此文出于傳遞更多(duō)信息之目的(de)，版權歸原作者及刊載媒體所有，如本文中圖片或文字侵犯您的(de)權益，請聯系我們。