[发明专利]基于机载LiDAR数据的公路勘测设计方法

摘要

本发明属于一种基于机载LiDAR数据的公路勘测设计方法，包括以下步骤：步骤1、对LiDAR数据进行分块预处理，步骤2、对LiDAR数据建立索引，步骤3、提取LiDAR数据的地形因子，步骤4、计算公路的纵断面，步骤5、计算公路的横断面，本发明直接利用LiDAR数据作为原始数据，计算公路设计中所需的纵横断面，实现了LiDAR数据直接生成公路纵横断面，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，缩短公路勘测设计的时间，同时顾及地形地貌对纵横断面的影响，综合考虑了沿线自然地形、地质、水文、气候等因素对公路勘测设计造成的影响，对地形变化自适应，方法实用性高，易于实现，满足公路勘测设计行业的需求。

主权项

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；其中，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；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U，设定垂线段长度为S米，S根据具体情况设定，且点W_i为垂线段的中点，从线段U一端开始，每隔s米取点，s根据具体情况设定，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U上所有点P₁，P₂，…，P_i，…，P_n的高程值H₁，H₂ ，…，H_i ，…，H_n，以及横断面数据的坐标（U₁ ，H₁），（U₂ ，H₂），…，（U_i，H_i），…，（U _n，H_n），其中U_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。