[发明专利]一种激光雷达扫描测量平面坐标精密修正方法

说明书

技术领域

本发明涉及公路勘察设计技术领域，更具体涉及一种激光雷达扫描测量平面坐标精密修正方法，该方法可以大幅度提高激光雷达扫描测量的平面定位精度，可满足在不中断交通情况下的公路改扩建工程建设对既有道路精确的三维空间信息的需要。

背景技术

公路及其附属结构等三维信息的精确获取是公路改扩建的重要前提。对于公路改扩建工程，为了最大限度地利用现有道路，实现桥梁、路基等构造物的精确拼接，相比于新建道路工程，其对测量精度有更高的要求。我国现有公路改扩建主要采用航空摄影测量辅之于GPS RTK测量和精密水准测量的方法，但该方法在效率、安全和成本等方面均难以适应日益增长的公路改扩建需求。如何在不中断交通的情况下，对现有公路安全、快速、经济地进行高精度测量，为公路改扩建提供精确、丰富和完整的信息支持，已成为公路改扩建的重要问题。

激光雷达扫描测量技术集成了激光扫描器(LIDAR)、全球定位系统(GPS)、惯性导航系统(IMU)、数码影像(CCD)等先进的空间对地观测装备，可直接、快速获取各类地表状况下高精度三维空间信息，具有能穿透植被、信息丰富等优点，是一种快速度、低成本、大范围、高精度和高密度的先进测量技术。近年来，随着技术的不断进步，各种商用的机载/车载激光扫描器、定位定姿系统(POS)等器件的精度越来越高。采用低空直升机机载激光扫描，或是车载激光扫描测量，可获取更为精确、密集的激光雷达点云。再辅之于一定数量的路面控制点，可以在不中断交通的情况下，快速、精确获取现有公路改扩建工程所需的三维空间信息。

激光雷达扫描测量的显著优点是，其高程定位精度极高。与极高的高程定位精度相比，其平面定位精度往往要比高程精度低2～3倍。其相对较低的平面定位精度，直接影响了激光雷达扫描测量的成果应用。

发明人于2010年08月31日申请，并于2011年8月17日取得授权的发明专利“一种基于机载激光测量的公路改扩建勘测方法(专利号ZL201010267006.7)”，其中采用了基于数字正射影像和车道标线进行激光点平面坐标精化处理的方法，该方法首先利用实测路面控制点对数字正射影像进行平面坐标修正，然后利用修正后的数字正射影像与提取的车道标线进行配准，从而计算出激光雷达点云数据的平移、旋转几何变换系数，最后利用计算出的系数对激光雷达点云数据进行平面坐标修正。该方法存在以下缺陷：

1)需要先行修正数字正射影像的平面坐标，并提取车道标线，然后对激光雷达点云数据的平面坐标进行修正处理，属间接修正，过程繁琐，效率低下；

2)平面坐标修正后的数字正射影像，由于存在影像误差，将其用于激光雷达点云数据的平面坐标修正，影响激光雷达点云平面精度改善；

3)必须依赖于高分辨率、高精度数字正射影像，条件相对苛刻，在没有数字正射影像的情况下，根本难以实施；

4)工作量大，用于处理的控制点多，需沿现有道路每侧1km布设1个路面控制点，即沿路500m就有1个控制点，测绘工作量极大。

发明内容

本发明方法的目的是针对激光雷达扫描测量的平面定位精度相对较低，以及基于数字正射影像和车道标线进行激光雷达点云数据平面坐标精化处理方法存在的缺陷，提出了一种直接基于路面控制点进行激光雷达扫描测量平面坐标精密修正方法，方法易行，操作简便，可以提高激光雷达扫描测量的平面定位精度近2倍。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术措施：

一种激光雷达扫描测量平面坐标精密修正方法，其步骤如下：

1)控制标志设计与喷涂：沿路线每侧4km布设1个控制标志，且尽量在公路左右两侧交错排列。控制标志形状为形或形，每条边宽度为0.15m，形标志长边长1.5m，短边长1.0m，形两条边长均为1.5m。控制标志需具有对空视野好、反射能力强、色彩鲜明、反光度强的特点。控制标志以添加15％-23％反光玻璃珠的丙烯酸漆等白色溶剂型涂料，或由石油树脂、钛白粉、重体碳酸钙、二锌酯等组成的白色热熔型涂料为原料，采用机喷或手工涂刷的方式，喷涂于现有道路的硬路肩上。

2)沿现有道路3km左右间隔寻找由两条直线相交形成的特征标志，对于直线宽约0.15m、长度不低于1m的两条直线以60°-120°大角度相交形成的交点、角点，直接选择用作控制点，如服务区停车场标线、道路减速带等。