張巨鵬

（新疆交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊830006）

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)現(xiàn)有公路所承受的交通壓力越來(lái)越大，而我國(guó)的高速公路輻射面積也越來(lái)越廣。在新疆，越來(lái)越多的公路工程也展開建設(shè)，在山區(qū)以及高原等地方，必須要擁有更高的公路勘測(cè)技術(shù)，才能夠達(dá)到公路勘測(cè)的精度以及速度要求。而LIDAR 技術(shù)是集激光掃描儀、差分GPS 系統(tǒng)、IMU、數(shù)碼相機(jī)于一體的機(jī)載三維激光掃描技術(shù)，在公路勘測(cè)中的發(fā)揮著十分重要的作用。

2 LIDAR 技術(shù)的應(yīng)用原理

LIDAR 技術(shù)是一種新型的技術(shù)，在IMU 以及動(dòng)態(tài)載波相位差分GPS 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在激光掃描系統(tǒng)以及微計(jì)算機(jī)的輔助下，對(duì)測(cè)量資料進(jìn)行內(nèi)部處理，并將距離或者角度等資料進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)或者輸出，然后再與距離傳感器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和匹配。然后再在一系列軟件的共同作用下確定測(cè)量目標(biāo)的表面形態(tài)，獲得相應(yīng)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。在擁有了這些數(shù)據(jù)和形態(tài)之后，就可以進(jìn)行各種類型的量算，或者進(jìn)行相應(yīng)立體模型的構(gòu)建。

首先，機(jī)載LIDAR 在飛行拍攝的過(guò)程中，激光掃描儀就可以通過(guò)其特定的激光束的發(fā)射與接收對(duì)地面進(jìn)行線狀掃描。同時(shí)動(dòng)態(tài)載波差分GPS 系統(tǒng)就可以對(duì)傳感器的經(jīng)緯度進(jìn)行明確，IMU 可以對(duì)飛機(jī)的姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，確定飛機(jī)的滾動(dòng)、仰俯以及航偏角。而且系統(tǒng)的幾個(gè)組成部分可以實(shí)現(xiàn)同步工作，所以可以很方便地將GPS 系統(tǒng)與IMU 的數(shù)據(jù)進(jìn)行充分融合，然后再經(jīng)過(guò)地面數(shù)據(jù)處理之后，生成地面三維數(shù)據(jù)。

3 LIDAR 技術(shù)在公路勘測(cè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

LIDAR 技術(shù)在公路勘測(cè)中的應(yīng)用具有以下六大優(yōu)勢(shì)。第一，工作速度快。因?yàn)長(zhǎng)IDAR 技術(shù)可以迅速獲取較大范圍內(nèi)的空間實(shí)體數(shù)據(jù)，從而及時(shí)測(cè)量明確實(shí)體平面的三維數(shù)據(jù)，并與智能化監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合。第二，不需要直接接觸被測(cè)目標(biāo)。針對(duì)一些勘測(cè)人員無(wú)法到達(dá)的區(qū)域，或者地勢(shì)比較危險(xiǎn)的地段，就可以應(yīng)用LIDAR 技術(shù)完成掃描測(cè)繪任務(wù)。第三，具有很強(qiáng)的穿透性。激光本身就有很強(qiáng)的穿透性，可以通過(guò)LIDAR技術(shù)中的激光掃描儀直接獲得目標(biāo)物不同層面的幾何數(shù)據(jù)，進(jìn)而完成樣本的測(cè)繪。第四，密度和精度都非常高，LIDAR 技術(shù)可以以精密度較高的傳感技術(shù)、以及智能化的三維式進(jìn)行目標(biāo)物各種信息和數(shù)據(jù)的搜集和測(cè)繪，極大的避免了人工測(cè)繪產(chǎn)生的誤差。第五，具有很強(qiáng)的及時(shí)性、直觀性以及主動(dòng)性。LIDAR 技術(shù)不受時(shí)間和空間的影響，通過(guò)自身的激光脈沖信號(hào)的發(fā)射與收集來(lái)進(jìn)行目標(biāo)物樣貌的描述。第六，智能化和數(shù)字化的特點(diǎn)突出。LIDAR 技術(shù)全程使用數(shù)字形式測(cè)繪，可以直接獲取數(shù)字長(zhǎng)度信息，很容易實(shí)現(xiàn)智能化的描繪[1]。

4 LIDAR 技術(shù)在公路勘測(cè)中的具體應(yīng)用

4.1 數(shù)字正射影像圖和數(shù)字地貌圖的繪制

在公路勘測(cè)中，LIDAR 技術(shù)可以有效獲取點(diǎn)云信息以及其他有用的數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行整理和分析，進(jìn)而完成數(shù)字正射影像圖以及數(shù)字地貌圖的繪制。正常情況下，數(shù)字地貌圖的比例為1:1000，而數(shù)字正射影像圖的精確度也會(huì)控制在20cm 以內(nèi)，完全符合公路勘測(cè)工作正常開展的各項(xiàng)要求。而數(shù)字正射影像圖可以進(jìn)行走廊部分直觀圖像的描繪，然后再根據(jù)遙感測(cè)繪資料以及其他地理資料，對(duì)不同類型的公路進(jìn)行勘察，不僅可以有效提升公路勘測(cè)路線的選擇效率，還提升了公路勘測(cè)的質(zhì)量。目前數(shù)字正射影像圖和數(shù)字地貌圖的繪制主要依靠攝影測(cè)量技術(shù)人員實(shí)施。

4.2 數(shù)字地面模型的繪制

在公路勘測(cè)中，數(shù)字地面模型可以為相關(guān)工作人員提供必要的縱斷面以及橫斷面的信息資料、地理資料。而要想進(jìn)行數(shù)字地面模型的成功繪制，必須要具備以下三大數(shù)據(jù)信息：第一攝影測(cè)量信息，第二數(shù)字式地貌圖信息，第三野外測(cè)量的實(shí)際數(shù)據(jù)。但是數(shù)字式地貌圖受到地貌原圖精確度的影響較大，且掃描工作也存在著一定的誤差，所以其精度以及速度無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代公路勘測(cè)的發(fā)展需求，工作質(zhì)量也得不到保證。而野外測(cè)量又是一種滿足較高精度要求的勘測(cè)方法，但是受到測(cè)量速度的限制，在山地、重丘等地貌，則很難發(fā)揮出其優(yōu)勢(shì)。無(wú)論是供給帶狀地貌圖，還是數(shù)字地面模型，攝影測(cè)量都是目前公路勘測(cè)工作的關(guān)鍵點(diǎn)，可以滿足目前公路勘測(cè)中精度以及速度的要求。但是這種測(cè)量方法最大的缺陷就是受到天氣的影響較大。例如，在一些天氣比較惡劣、植被分布比較密集或者地形出現(xiàn)破碎的區(qū)域，將無(wú)法體現(xiàn)出其工作效率以及工作質(zhì)量方面的優(yōu)勢(shì)。但是LIDAR 技術(shù)卻可以有效解決攝影測(cè)量技術(shù)中的缺陷。

4.3 在高速公路線路勘測(cè)中的應(yīng)用

LIDAR 技術(shù)在高速公路線路勘測(cè)中的應(yīng)用主要包含以下三方面：第一，原始數(shù)據(jù)的采集與獲取，即在機(jī)載LIDAR 飛行拍攝之前，要先制定飛行技術(shù)，并完成激光掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、GPS 定位系統(tǒng)等的安置；第二，對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的處理與整理，即將機(jī)載LIDAR 野外采集所得數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理和整理；第三對(duì)線路的優(yōu)化設(shè)計(jì)，即借助正射影像圖和激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，通過(guò)二維與三維的結(jié)合實(shí)現(xiàn)高速公路線路路徑的優(yōu)化[2]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，LIDAR 技術(shù)是一種較為新型的機(jī)載激光掃描技術(shù)，在公路勘測(cè)中的應(yīng)用還有很多需要改善的地方。其造價(jià)成本雖然較高，但是應(yīng)用優(yōu)勢(shì)十分突出，所以LIDAR 技術(shù)在未來(lái)的應(yīng)用前景將十分廣闊。