[发明专利]基于机载LiDAR数据的公路勘测设计方法

权利要求书

1.一种基于机载LiDAR数据的公路勘测设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1）、对LiDAR数据进行分块预处理：首先，通过对LiDAR数据的遍历或查询元数据，得到LiDAR数据的坐标范围，然后，设置LiDAR数据分块的网格大小，最后，根据LiDAR数据块的大小，计算每一块的范围，据此计算每块存储的文件名并将该范围内的点云存储为文件；

步骤2）、对LiDAR数据建立索引：首先，根据步骤1得到的LiDAR数据坐标范围和网格大小建立第一层索引，然后，对每块内的LiDAR点云数据建立第二层空间索引，第二层索引采用KD树索引，实现数据的存储和查询，最后，将第二层索引与第一层索引进行空间关联，将第二层索引的信息关联到第一层索引的对应位置；

步骤3）、提取LiDAR数据的地形因子：根据LiDAR数据及其索引依次提取各LiDAR数据块的地形因子；

步骤4）、计算公路的纵断面：根据LiDAR数据及索引提取纵断面，根据公路设计规范对各地形因子进行建模，从而对纵断面进行局部自适应调整；

步骤5）、计算公路的横断面：根据LiDAR数据及索引提取横断面，根据公路设计规范对各地形因子进行建模，从而对横断面进行局部自适应调整。

2.根据权利要求1所述的基于机载LiDAR数据的公路勘测设计方法，其特征在于：所述的LiDAR数据块的地形因子包括坡度、坡向、坡长、平面曲率、剖面曲率、地形粗糙度、地形起伏度、高程变异系数、地表切割深度。

3.根据权利要求1所述的基于机载LiDAR数据的公路勘测设计方法，其特征在于：所述的网格采用增量式方法进行划分，

Newlat=Lat+AddLat

Newlon=Lon+AddLon

式中NewLat和NewLon是当前一个网格右下角坐标，Lat和Lon是前一个网格右下角坐标，AddLat和AddLon是网格划分增量。

4.根据权利要求1所述的基于机载LiDAR数据的公路勘测设计方法，其特征在于：所述的步骤4中的计算公路纵断面包括以下子步骤：

①从公路主线起点开始，每隔L米（L根据具体情况设定）获取公路主线上的点V_i(X，Y)，

②基于LIDAR点云数据，利用索引，查询以V_i点为圆心，以R为半径的圆内的点，取其高程的距离加权平均值作为V_i点的高程 ，得到纵断面数据的第i个点V_i(X，Y，Z)；

③重复①②步骤，直到达到公路主线的终点；

④将在公路主线上取到的n个点V₁，V₂，…，V_i，…，V_n依次连接，即可得到该公路的初始纵断面数据；

根据公路设计规范对各地形因子进行建模，由地形建模结果对纵断面进行局部自适应调整。

5.根据权利要求1所述的基于机载LiDAR数据的公路勘测设计方法，其特征在于：所述的步骤5中的计算公路横断面包括以下子步骤：

沿公路主线，从公路起点开始，每隔L米取公路上的点，最终得到点W₁，W₂，…，W_i，…，W_n ；

过点W_i作垂直于该点所在公路直线段的垂线段V，设定垂线段长度为S（S根据具体情况设定）米，且点W_i为垂线段的中点，从线段V一端开始，每隔s（s根据具体情况设定，）米取点，得到点P₁，P₂，…，P_n ，基于LiDAR点云数据以及建立的索引，获取以P_i点为圆心，R为半径的圆内的所有的点，求其高程的加权平均值作为P_i的高程，重复这一步，最终获取该垂线段V上所有点P₁，P₂，…，P_i，…，P_n的高程值H_i ，H₂ ，…，H_i ，…，H_n ，以及横断面数据的坐标（V₁ ，H_i），（V₂ ，H₂），…，（V₁ ，H_i），…，（V_n，H_n），其中v_i是P_i到垂线段起点的距离，H_i为该点的高程值，将点P₁，P₂，…，P_i，…，P_n依次连接，即可得到点W_i处公路的初始横断面数据；

根据公路设计规范对各地形因子进行建模，由地形建模结果对横断面进行局部自适应调整；

④重复第步骤，直到生成所有点W₁，W₂，…，W_i，…，W_n的横断面数据，并将各个点的横断面数据依次由下而上进行排列，即得到了该公路的横断面数据。