激光雷達(dá)航測(cè)技術(shù)效力高速公路勘測(cè)

發(fā)布日期：2019-07-01 00:00 瀏覽量：10497

我國(guó)交通建設(shè)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)測(cè)量方法依靠地形圖內(nèi)容，已經(jīng)無法精確的描繪復(fù)雜山區(qū)地形地貌的細(xì)節(jié)，精度大大降低，這給測(cè)繪工作帶來諸多不便。可喜的是激光雷達(dá)航測(cè)技術(shù)出現(xiàn)為此提供了一個(gè)絕佳的測(cè)繪手段，激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)為獲取高時(shí)空分辨率地球空間信息提供了一個(gè)精確的技術(shù)手段。

機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)高度集成了傳統(tǒng)的單一線劃圖和DEM、DOM等衛(wèi)星影像圖，實(shí)現(xiàn)了各專業(yè)資料和作用的協(xié)同共享一。目前激光雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于地信測(cè)圖、公路線路斷面測(cè)量中，在測(cè)量精度、測(cè)量速度以及測(cè)量成本中都具備較大的優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)目前一些項(xiàng)目建設(shè)中采用機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于高速公路建設(shè)項(xiàng)目中，并取得了較好的社會(huì)效應(yīng)。

機(jī)載LiDAR系統(tǒng)應(yīng)用

LiDAR數(shù)據(jù)是通過采集目標(biāo)體反射回的激光束來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集。機(jī)載激光雷達(dá)是利用航空飛行設(shè)備攜帶激光雷達(dá)航攝系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的，因此需要選定合適的飛行平臺(tái)以及飛行參數(shù)和飛行方案等。

由于山區(qū)的高速公里地形復(fù)雜，在運(yùn)用激光雷達(dá)航測(cè)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取時(shí)，需要關(guān)注系統(tǒng)的指標(biāo)，如發(fā)散度、回波數(shù)、飛行高度、平面精度與高程精度、波長(zhǎng)選擇、脈沖重復(fù)頻率、功率、掃描方式、最大掃描角。

具體根據(jù)山區(qū)地形特點(diǎn)，針對(duì)地勢(shì)起伏坡度較大、植被覆蓋率和相對(duì)坡度較高的特點(diǎn)，易采用飛行高度較高、發(fā)散度較小、回?fù)軘?shù)較多、高程精度高的大功率Li DAR設(shè)備，同時(shí)為獲得較高的點(diǎn)云密度，設(shè)備采用較高的重復(fù)周期運(yùn)行。

進(jìn)行航線設(shè)計(jì)時(shí)，需從項(xiàng)目要求出發(fā)首先確定點(diǎn)云密度二保證地形表達(dá)的精細(xì)程度，針對(duì)每天航線設(shè)計(jì)航飛的時(shí)間，以達(dá)有效避免產(chǎn)生較大的高精度漂移誤差。另外，還行按照地形特點(diǎn)的不同，對(duì)地面高差較大的山區(qū)，采用分區(qū)飛行，這樣在保證點(diǎn)云密度均勻性的同時(shí)，保證了最終程度的精度。飛燕遙感最新引進(jìn)的激光雷達(dá)航攝設(shè)備在多次的航測(cè)任務(wù)中，體現(xiàn)出了高差大地區(qū)獲取高密度點(diǎn)云密度的優(yōu)勢(shì)，用實(shí)際的行動(dòng)證明了激光雷達(dá)航測(cè)技術(shù)的測(cè)量精確性。

機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)處理

機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)處理從數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)后處理到數(shù)據(jù)成果制作。

數(shù)據(jù)預(yù)處理是將獲得的機(jī)載動(dòng)態(tài)的GPS數(shù)據(jù)、基站靜態(tài)GPS數(shù)據(jù)以及攝影姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行組合計(jì)算處理，提高GPs數(shù)據(jù)精度，并利用IMu和GPs解算法則，縮小定位和測(cè)姿誤差，提高數(shù)據(jù)測(cè)量精度。

Li DAR數(shù)據(jù)采用的是離散型的密集三維坐標(biāo)點(diǎn)，數(shù)據(jù)的高效快速分類處理至關(guān)重要。目前，LiDAR數(shù)據(jù)處理主要采用濾波分類技術(shù)。

數(shù)據(jù)成果制作:數(shù)字高程模型(DEM)為一定平面的平面坐標(biāo)和高程坐標(biāo)的數(shù)據(jù)集，能在不同細(xì)節(jié)層次上表達(dá)出公路地貌形態(tài)。采用小采樣間隔的DEM進(jìn)行地形地貌的精細(xì)化表達(dá)，采用較大采樣間隔DEM滿足大范圍地形地貌表達(dá)。對(duì)于Li DAR點(diǎn)云提取地形點(diǎn)密度較大，因而容易造成很大的數(shù)據(jù)冗余的問題，可通過提取關(guān)鍵點(diǎn)信息來生成DEM，根據(jù)DEM需求設(shè)置地形關(guān)鍵點(diǎn)的提取間隔和容差參數(shù)來保證DEM精確度和精細(xì)度。

飛燕數(shù)據(jù)成果DEM局部.jpg

飛燕遙感數(shù)據(jù)成果DEM

激光雷達(dá)航測(cè)技術(shù)應(yīng)用于高速公路勘測(cè)

某航攝項(xiàng)目針對(duì)A高速公路進(jìn)行勘測(cè)，沿線主要以山嶺和戈壁為主，相對(duì)高差達(dá)l 500 m，山陡溝深，高差較大，同時(shí)，測(cè)區(qū)內(nèi)國(guó)家高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)可利用的僅存在8個(gè)，水準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量嚴(yán)重不足，加之冬季寒冷多雪，導(dǎo)致水準(zhǔn)測(cè)量實(shí)施異常困難。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)這類地形的高速路段的勘測(cè)設(shè)計(jì)，項(xiàng)目組擬分兩個(gè)階段進(jìn)行測(cè)量，首先按照四等GPs布設(shè)控制網(wǎng)，滿足機(jī)載激光數(shù)據(jù)采集地面基站要求，仍然根據(jù)《公路勘測(cè)規(guī)范》完成點(diǎn)位布設(shè)和觀測(cè)；針對(duì)高程差較大問題，根據(jù)高差不同，采用分區(qū)設(shè)計(jì)飛行區(qū)的方法，分區(qū)間重疊10％來校正飛行數(shù)據(jù)。

執(zhí)行項(xiàng)目采用LiDAR系統(tǒng)進(jìn)行勘察設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集覆蓋路線中心以及周邊300 m范圍，DEM高差誤差≤±0．5 m，DOM像素地面分辨率0．2 m。線路地形圖滿足設(shè)計(jì)規(guī)程和國(guó)標(biāo)要求。

數(shù)據(jù)處理

GPs解算以天為時(shí)間單位進(jìn)行解算，利用高精度cPs解算軟件得到焊線區(qū)域均在0．2 m范圍內(nèi)，將IMU飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)，通過IMu／DGPS

聯(lián)合處理獲得機(jī)載IMu航跡線，通過軟件處理得到每個(gè)激光點(diǎn)空間坐標(biāo)。外業(yè)數(shù)據(jù)采集完畢，對(duì)基線向量進(jìn)行驗(yàn)算，剔除接收質(zhì)量較差時(shí)間段數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)應(yīng)用效果

設(shè)計(jì)單位受到機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)輸出的正射影像和等高線信息，將資料進(jìn)行紙上定線，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比，提供的正射影圖像影像清晰，成圖質(zhì)量高，因而，經(jīng)過圖上定線減少了外出作業(yè)工作量，提供了高質(zhì)量的路線方案選擇平臺(tái)。

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