激光雷达测量技术在公路测设中的应用思路

§8.3　激光雷达测量技术在公路测设中的应用思路

机载激光雷达测量系统采集的激光点云精度高，可以直接获取高精度的三维地形数据，经数据处理后可以分类出各种地物信息，基于高精度激光点云或数字高程模型可以快速提取纵、横断面，大大节省外业实地测绘工作量。

机载激光雷达测量系统采集的高分辨率数字正射影像，可以直观清晰地判读公路周边的地物景观信息，在满足技术要求的前提下，可以使路线布设尽量科学合理，如方便群众、减少拆迁、少占农田，并注意保护沿线的生态环境，减少对环境的不利影响，创造优美的景观等。

基于高精度DEM和高分辨率DOM，可以生产出高精度地形图，满足需要地形图用户的需求;同时还可以生成测区三维景观，可以大大提高公路设计的直观度;结合已设计的平、纵、横成果，可以制作生成实地的三维设计成果景观。

既然激光雷达测量系统采集的数据精度高、数据量大，如何充分挖掘这些数据的价值，并且能方便地应用，就必须紧密联系公路设计行业的需求特点。目前市面上的公路设计软件几乎都是在AutoCAD上二次开发而成，海量三维空间地理数据调度性能因AutoCAD平台功能限制而受限，而重新开发一个功能完善的公路设计平台是非常困难的，因此，需要开发专门的公路测设辅助软件，与现有成熟的公路设计软件相结合，以满足基于激光雷达测量数据的公路设计需求。

在公路测设辅助软件开发的时候，需要注意实现如下主要功能:

1.管理和调度海量LiDAR数据，并根据初步选线成果，提取小范围高精度数据，并导出供成熟公路软件设计使用。

2.独立完成初步的平、纵、横设计，可以基于DOM和DEM生成三维场景进行设计，并实时三维展示设计成果，从而为招投标提供辅助。

3.可以导入成熟公路设计软件设计的成果，并进行最终设计成果的三维漫游展示，为项目评审验收提供直观的效果。

4.可以根据设计或导入的平、纵、横设计成果，直接基于高精度激光点云进行断面提取，土石方计算，最大程度地减少精度损失，保证设计结果的精确性。

经研究分析总结，我们提出如图8-3所示的激光雷达测量技术在公路测设中的应用流程。

上述应用流程具有以下优势:

(1)充分发挥高精度激光雷达测量数据优势

直接管理、展示和利用激光雷达数据(数字高程模型DEM、正射影像DOM和激光点云)，将野外工作环境搬到设计室内真实再现，设计人员可以在室内实时量测地形、地物，并直接基于激光点云数据进行断面切割提取，大大减少野外测绘作业工作量，并减少了信息损失，保证设计结果的精确性。

(2)基于三维场景的整条线路设计

以三维激光雷达高精度数字测量数据(DEM、DOM和激光点云)为基础，用3D GIS技术管理和调度整条线路激光雷达海量数据，让设计人员摆脱传统的二维地图，直接基于三维真实场景进行平、纵、横协同设计，实现设计过程和设计结果的虚拟现实化。设计时能充分考虑地形影响因素、社会环境影响因素和生态环境影响因素，达到优化设计的目的。

图8-3　激光雷达测量技术在公路测设中的应用流程图

(3)方便的方案比选

通过人机交互可以方便快捷地修改路线平、纵、横和边坡参数，计算出土石方和调配量，得到多个路线方案的主要工程量和工程造价，并以三维可视化方式展示设计成果，设计者可以对多个方案进行直观比较，选择较优方案，而不需要进行重新测量，大大缩短设计周期。

(4)挖填方精确计算

在公路建设过程中，土石方的挖填是一笔相当大的投入，基于激光雷达获取的高精度三维地表地形数据，结合钻孔资料数据，可以尽最大可能地对土石方进行精确计算。

(5)线路三维可视化和模拟仿真

设计人员可以边设计边查看三维成果效果，或待设计完成后在三维场景下进行全线路交互漫游，实现线路地形、路基、桥涵、隧道、标识牌等三维可视化和虚拟场景仿真，通过模拟驾驶员的驾驶行进，根椐视觉、运动感觉和时间变化来检测、评价线形与周围环境的协调性，从而优化线型组合。线路三维可视化和模拟仿真反映了工程项目的综合信息和设计人员的设计思想，为项目的评审和决策提供有力支撑。