激光雷達數據的地面線自動生成方法

在公路勘察設計階段，豐富、準確的設計地面線信息（橫斷面、縱斷面等）的獲取，是公路勘測的一項極為重要的工作，其主要是用于路基的設計以及土石方數量的計算。目前主流的方法是利用全站儀或實時差分定位技術(rael-time kinematic, RTK)先放樣出中樁，然后再利用RTK測出每個橫斷面的高程。然而，這種方式采用單點接觸測量，導致其作業速度較慢，同時由于勘測區域內天氣、交通以及地形困難程度等自然條件的限制，容易造成測繪成果精度不高，工期難以保證，勘測成本加大的不良后果。

但是，隨著測繪新技術的不斷更新和發展，激光雷達（light detection and ranging,LiDAR）技術已經在公路勘察領域展開了相當廣泛和成熟的應用。該技術主要是由激光測距、全球定位系統和慣性導航系統三個技術組成，是一種可以用于精確、快速地獲取地面及地物三維空間信息的主動式雷達探測技術。該技術能夠穿透植被，有效克服自然環境等因素的影響，可快速采集大面積、高密度以及高精度的空間三維數據，非常有利于高精度地面線的快速提取。

目前，機載LiDAR技術在地面線提取中都是先利用地面的激光點云數據生成數字高程模型，然后利用數字高程模型再生成各種地面線信息。這種方法雖然達到了快速、高效獲取地面線的要求，但是激光點云數據在生成數字高程模型的過程損失了原始的激光點云信息，而且經過兩次內插計算，就進一步降低了地面線成果的精度，尤其是在高速公路改擴建工程中，對高速公路兩側邊溝等構造物位置處地面線的精度影響較大，且未能清晰表達微地貌變化。針對以上問題，本文提出了一種新的設計地面線生成技術流程，同時基于LiDAR數據設計與實現了設計地面線自動提取原型軟件，并開展了應用示范。

1 技術流程

在高速公路建設工程中采用LiDAR數據進行地面線提取，其主要的技術流程如圖1所示。① 將分類后的海量高密度LiDAR數據進行高效組織和管理；② 通過中樁的位置信息來計算地面線平面位置并提取地面線附近的LiDAR點云數據；③根據提取的點云中地面點數據構建內插模型，生成地面線上點的高程，輸出地面線數據；最后，結合數字正射影像（digital orthophoto map,DOM）數據，在可視化平臺中對地面線進行檢核和修正。