[发明专利]基于机载LiDAR数据的公路勘测设计方法

说明书

技术领域

本发明属于测绘和公路勘测技术领域，尤其涉及一种基于机载LiDAR数据的公路勘测设计方法。

背景技术

LiDAR—Light Detection And Ranging，即光探测与测量。是利用GPS（Global Position System）和IMU（Inertial Measurement Unit，惯性测量装置）机载激光扫描。其所测得的数据为数字表面模型(Digital Surface Model, DSM)的离散点表示，数据中含有空间三维信息和激光强度信息。LiDAR大致分为机载和地面两大类，其中机载激光雷达是一种安装在飞机上的机载激光探测和测距系统，可以量测地面物体的三维坐标。机载LiDAR是一种主动式对地观测系统，是九十年代初首先由西方国家发展起来并投入商业化应用的一门新兴技术。它集成激光测距技术、计算机技术、惯性测量单元(IMU)/DGPS差分定位技术于一体，该技术在三维空间信息的实时获取方面产生了重大突破，为获取高时空分辨率地球空间信息提供了一种全新的技术手段。它具有自动化程度高、受天气影响小、数据生产周期短、精度高等特点。机载LiDAR传感器发射的激光脉冲能部分地穿透树林遮挡，直接获取高精度三维地表地形数据。机载LiDAR数据经过相关软件数据处理后，可以生成高精度的数字地面模型DTM、等高线图，具有传统摄影测量和地面常规测量技术无法取代的优越性，因此引起了测绘界的浓厚兴趣。机载激光雷达技术的商业化应用，使航测制图如生成DEM、等高线和地物要素的自动提取更加便捷，其地面数据通过软件处理很容易合并到各种数字图中。

随着以GPS、RS、GIS技术为基础，以现代高分辨率卫星对地观测、全球重力场模型及空间信息分析技术为核心的对地观测技术的发展，全球定位系统、航测遥感、高分辨率卫星在公路的规划、勘察、设计和信息化管理中得到了广泛的应用。由于实际公路勘测过程中对高程和效率的高要求，GPS-RTK(GPS-Real Time Kinematic)、高分辨率遥感技术、常规航测及低空航测精度都难以满足公路测量的要求和建立公路数据库的任务。如今在国外，机载LiDAR系统已经用于公路的勘测设计和维护。当前，虽然国内也引进了LiDAR设备与技术，在公路勘测选线、线路设计中已经得到了应用，但多数还需采用成熟的LiDAR数据处理软件先得到DEM、DOM和DLG等产品，然后再将这些数据处理产品导入设计软件进行公路的勘测和纵横断面设计等工序，这样以来，由于增加了数据处理过程，必然会影响到精度的测量结果，同时增加了公路勘测的工序，减低了公路勘测的设计效率。此外，现有的公路纵横断面设计和生成往往没有综合考虑各方面的因素和要求，易造成公路勘测工作成本高，工期长，精度和质量要求得不到保证。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种基于机载LiDAR数据的公路勘测设计方法，在顾及地形地貌影响的同时，省去了生成DOM和DEM的步骤，避免了因数据处理产生的精度损失，提高了公路勘测设计的效率，满足了公路勘测设计行业的需求。

本发明的目的是这样实现的：

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。

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。