浅谈机载激光雷达技术应用于公路设计的关键问题

减小字体 增大字体 作者:孙伟  来源:www.zhonghualunwen.com  发布时间:2012-07-21 12:48:50

 1.对不同的公路勘察设计的需求,如何选择合适的采集设备及其采集参数
  1.1LIDAR航飞采集设备的选择
  LIDAR航飞设备的选择和应用的参数确定都要以实际的工程项目需求为出发点。一般情况下,公路勘察设计分为两个阶段,初测和定测。初测阶段要求1:2000的地形图精度,而定测阶段要求比较复杂,局部区域甚至要达1:200左右。
  影响设备精度的主要因素有以下几个方面:
  ◆激光的发射和接收方式
  激光的发射和接收方式总的来说有四种,这四种分别是摆动式反射镜、旋转多面镜、光纤激光扫描和光纤旋转扫描,其中前两者在激光设备中应用居多。
  ◆系统所配备的POS系统本身精度
  由于POS系统都是由国外生产的,这种系统在美国及其相关国家的法律中对我国是属于限制售卖的。因此引进国内的设备大都存在精度降低的情况。目前国内所使用的IMU系统主要是分为机械式和光纤式两种。
  1.2 LIDAR航飞采集参数的选择
  ◆激光点间隔
  这个参数通常情况下以平均点间隔距离或者每平方米的点数来表示,这个参数与最终的地面点插值精度直接相关。1:2000的成图比例尺下,我们一般要求点间隔不大于1.5米。
  ◆激光重叠度
  机载激光LIDAR航测来说,在地形高差不是很大的情况下,根据我们的经验,激光的航线旁向重叠度要控制在20-25%为宜,考虑到在后期数据处理的时候,要裁减掉一些重叠区域的激光点以避免边缘变形误差。
  ◆影像地面分辨率
  数码相机的影像地面分辨率指的是像素代表地面实际距离的描述,1:2000的地形图平面精度一般地形条件下为0.6米左右,那么影像地面分辨率则不应大于0.2米。
  ◆飞行高度
  飞行高度的设计不仅与成图精度要求有关,而且与所采用的激光设备、测区的地形以及民航安全规定有关,因此在实际应用中无论在分区还是飞行设计时必须对此参数进行详细计算和分析。
  2.为了确保激光的高程精度,辅助地面控制测量工作应该如何开展
  在进行机载LIDAR航飞工作中,通常会有同步的地面基站测量配合,在后期的数据处理中,还会涉及到坐标转换和水准面拟合等工作,因此在机载LIDAR工程项目中,辅助地面控制测量工作是非常重要的。
  2.1影响激光高程精度的原因分析
  机载LIDAR设备是一套高集成度的系统,激光点云的高程精度不仅与设备本身有关,而且与飞行采集参数设计、地面基站精度、卫星分布情况、飞行质量的等外部因素相关。
  在日常的飞行工作中,我们通常会对以下几个方面地面控制测量工作提出要求:
  ◆地面测量的GPS设备要求:要求GPS接收机能够接收双频双星的信号,采样间隔要不大于1hz,能够持续采集至少8个小时的数据。
  ◆地面基站布设方法要求:根据不同测量区域采用不同的基站布设方式,通常情况下,地面基站布设的距离要求不大于30公里,并且基站点按照国家B级点要求观测。
  ◆地面基站同步观测技术要求:在飞行期间,要求基站点观测要同步观测,尤其是确保平飞或者静止同步观测时间;
  ◆差分GPS解算的要求:在解算的过程中,加入连续运行GPS站(CORS)等先进的GPS技术将会有效的提高差分GPS解算的精度水平[2]。
  ◆坐标转换的解算和技术要求:采用7参数模型来进行坐标转换,坐标转换参数的求解要求尽可能多的使用控制点,确保控制点的精度,才可以保证后期的精度。
  ◆水准高程参考面的测量和应用要求:采用水准高程参考面的做法来拟合高程,解决大地异常的问题。
  针对于公路勘察设计工作,地面控制测量工作不仅是基础的工作,而且为后期的LIDAR航测也是必须和重要的,因此应当给予充分重视,以确保后期数据成果的精度满足设计要求。
  3. LIDAR技术所生产的高精度产品如何更好的为公路设计工作服务
  机载LIDAR技术的引进是测量方式的一种变革,它不仅改变传统的测量方法,而且将会对后期的数据应用方法也产生很大的影响。新旧两种数据源的转接方法,和新旧两种设计思路的变更就是一个必须解决的问题。
  3.1 LIDAR技术所生产的产品情况
  高精度、高密度的激光点云数据是LIDAR技术直接生产的测绘产品之一,基于这些点云数据我们可以生产出高精度的数字地面模型,高精度的三维数字表面模型等一系列成果,这些成果将取代传统的手段用于描述地面实际情况。
  高分辨率的数码影像,结合高精度额数字地面模型,可以制作出高精度的数字正射影像图,基于清晰的正射影像图就可以在室内完成大部分外业工作,不仅大大提高了设计工作的效率,而且还可以精确的进行路线设计,从全局上提高路线设计的质量。
  3.2 公路设计软件接口的研究和探讨
  目前主流的公路设计软件,如CAD1、纬地、路线大师等,在进行公路设计工作的时候大多采用等高线为主的地形图来构建数字地模。点云的应用目前只能先将点云转换成数字地模或者等高线,然后再在这些设计软件中进行设计工作,因此这方面还有待开发。
  综上所述,以上的三个关键点是我们在应用机载LIDAR这项技术的过程中逐渐体会和理解的,涉及到了应用过程的前期、中期和后期三个阶段的不同问题,当然在该项技术应用的过程中还有很多方面值得我们去探讨,去研究,例如在后期分类过程中,如何更加有效的提高分类精度和效率,例如大地精化水准面的应用和研究,例如单点定位方式的研究等等。机载激光技术在公路勘测领域的应用我们应该“任重而道远”,将来最终实现将这项先进的技术与实际工作相结合,完善技术和质量标准,真正的为公路事业发挥其最大的效用。
  参考文献
  [1] 黄丽鑫,王丽园.机载激光雷达技术在困难复杂地区公路勘察设计中的应用. 交通科技.2009.NO.1,59-61
  [2] 高敏.连续运行基准站GPS测量在公路勘测中的应用.四川林勘设计.2009.NO.2,76-77
  [3] 袁霞,赵春霞等.一种基于激光雷达的路面提取算法.中国图像图形学报,2009.NO.10 2035-2041

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作者:孙伟
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