[發明專利]一種激光雷達道路改擴建勘測設計方法

有效

• 申請號: 201310754129.7
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103711050A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 陳楚江;明洋;余紹淮;王麗園;張霄;余飛
• 申請（專利權）人: 中交第二公路勘察設計研究院有限公司
• 主分類號: E01C1/00
• 分類號: E01C1/00;E01C23/01
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 余曉雪;王敏鋒

技術領域

本發明涉及公路勘察設計技術領域，具體涉及一種融合車載與機載激光雷達測量的道路改擴建勘測設計方法，該方法可以快速精確獲取既有道路及其附屬設施的特征信息，進行道路改擴建工程方案設計與優化，精度滿足道路改擴建定測與施工圖設計要求。

背景技術

道路及其附屬結構等三維信息的精確獲取是道路改擴建的重要前提。對于道路改擴建工程，為了最大限度地利用現有道路，首先需要精確恢復出既有道路的線形要素；此外，為了實現橋梁、路基等的精確拼接，相比于新建道路工程，其對測量精度亦有更高的要求。目前，主要采用航空攝影測量輔之以GPS?RTK測量和精密水準測量的方法，但存在效率低、成本高、安全隱患大等缺陷，無法滿足日益增長的道路改擴建建設需求。

車載、機載激光雷達測量技術，均是可主動、直接、快速獲取高精度三維空間信息的先進技術手段。機載激光雷達測量技術，可穿透植被，實現既有道路的精確全景掃描，數據完整性好，然而受飛行速度、飛行高度限制，所采集的點云密度有限，道路的微小特征無法得到量測。而車載激光雷達測量技術，可用很低的速度運行采集數據，可實現既有道路的高精度、高密度掃描，然而易受遮擋，

數據漏洞較多。不難發現，融合車載、機載激光雷達測量技術，優勢互補，將非常適用于道路改擴建勘察設計。

中國專利申請“一種高速公路改擴建勘測方法”（專利申請號：201210154490.1）涉及使用激光雷達技術掃描路面進行公路改擴建的勘測。該方法中首先以布設的地面靶標控制點三維空間坐標為參考，獲取高精度車載地面點云并生成路面數字高程模型，然后以高精度車載地面點云為參考，生成1:2000比例尺地形圖。其主要缺陷如下：

1）既有道路特征要素提取內容未涉及。上述專利方法主要將車載激光掃描數據用于獲取路面高程模型，而道路改擴建的關鍵前提是既有道路特征要素精確恢復及其附屬結構三維空間信息獲取，如道路中線、中央分隔帶、路緣石等特征的提取。

2）成圖比例尺不滿足道路改擴建工程要求。高速公路改擴建工程的成圖比例尺應為1:1000，甚至1:500。上述專利申請中僅涉及1:2000比例尺數字高程模型、數字線劃地形圖的生產，且未有數字正射影像圖相關內容。道路改擴建工程中，數字正射影像圖常被用于經濟調查等，是一項比較重要的成果資料。

3）數據處理方法存在一定缺陷。機載激光掃描數據處理以車載激光點云數據為參考，而非地面控制點三維空間坐標，機載激光掃描數據處理及精度依賴于車載激光掃描數據，缺陷明顯；此外，構建三角網形成數字高程模型，效率低、精度差。

為此，本發明專利申請提出了一種融合車載機載激光雷達測量的道路改擴建勘測設計方法，更加深入系統地利用車載機載激光雷達測量技術用于道路改擴建勘測設計，具有顯著的經濟和社會效益。

發明內容

針對傳統測設方法無法滿足日益增長的道路改擴建建設需求的難題，本發明的目的在于提出了一種融合車載與機載激光雷達測量的道路改擴建勘測設計方法。該方法充分利用車載激光雷達測量數據密度高和機載激光雷達測量數據完整性好的優勢，快速精確獲取既有道路及其附屬設施的特征信息，輔助道路改擴建工程方案設計與優化，精度能滿足道路改擴建定測與施工圖設計要求，實現不中斷交通流完成道路改擴建勘測設計。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術措施：

一種激光雷達道路改擴建勘測設計方法，其步驟如下：

(1)控制測量：主要進行成果坐標基準設計、基礎控制測量以及路面控制點測量，為后繼的車載、機載激光雷達數據獲取做準備；

(2)車載激光雷達數據獲取：根據道路特征提取需求，確定激光點云間隔等指標，設計車輛行駛速度等參數，沿道路主線及匝道嚴格按照地面車輛行駛規定行進，獲取車載激光雷達數據；

(3)機載激光雷達數據獲取：根據道路改擴建數據精度要求，確定激光點云間隔、數碼圖像地面分辨率等指標，設計飛機飛行高度和速度、最大脈沖發射頻率等參數，通過任務設計確定航帶個數和航帶長度，并嚴格按照飛行規定，獲取機載激光雷達數據；

(4)車載與機載激光雷達數據融合處理：通過激光點云數據解算、激光雷達數據基準轉換，獲取成果坐標基準中的激光雷達數據，進一步利用布設的路面控制點，分別對車載與機載激光點云和航跡線數據進行精化，使點云與數碼圖像精確配準，并將車載與機載激光雷達數據納入到統一坐標基準中，實現車載與機載激光雷達數據的精確融合。