车载激光扫描公路测量试分析

摘要：本文从论述车载激光扫描系统系统的发展情况入手，详细的介绍了关于车载激光扫描的发展历程，并对其基本构成进行了深入的阐述。接着笔者又对具体分析了车在激光扫描系统在公路测量的重要地位和实际意义，这对于今后该系统的具体实际应用有着莫大的好处。最后在讨论车载激光扫描系统的关键技术问题的基础上，笔者对在公路测量中应用该系统的流程性问题做了笔者观点性和理论性的论述分析。

关键词：车载激光扫描、公路测量、关键技术、工作流程

中图分类号：E933文献标识码： A 文章编号：

一、车载激光扫描系统的发展和构成

首先，车载激光扫描系统的发展，科学技术的发展越来越快，测量的手段与方法也随之发生了很大的改变。下面我们一起对科技进步的全过程进行一下全面的回顾。一七八七年英国人就开始用简单的原始的光学经纬仪对全国范围进行了测图工作，并且具有一定的系统性，在一九二一年，用于光学经纬仪的望远镜技术得到很大的发展，提高了清晰度及放大的倍数，测量的精度与范围也得到不同程度的提升，一九七一年，结合软件功能与电子测距诞生了全站仪，在二零零零年的时候，出现了激光扫描系统，此系统集合了三维扫描数据处理和激光测距，此系统能够准备的获取海量的基础测量数据，在二零零六年，在移动车辆平台的三维扫描系统的基础之上，又增加了调平系统与控制软件，并且精确度极高，移动测图的功能得以实现。如今，新一代车载三维激光扫描系统走进我们的生活，此系统操作起来方便轻巧，激光扫描系统从三脚架转到了汽车上，让我们对于复杂的地形获取的数据与信息更加准确、清晰，为科学决策提供更加真实的依据。其次，车载激光扫描系统的构成，车载扫描系统是对三维激光感应子系统进行相应的控制与监测，它在控制方面具有一定的主动性。测量任务的不同，对激光感应子系统的扫描方向、扫描定位以及范围都有不同的要求。所以，对于数据采集的效率及准确性起着决定作用的因素有激义感应子系统扫描的速度、扫描的范围、自动改正的能力及快速定位。比如：在对建筑物进行测量的时候，因为建筑物一般都比较高，激光感应子系统就会有较大的视场角，否则，建筑的全貌就无法被获得，在对道路进行测量的时候，因为测区较为平坦，又有简单的地物，对于快速作业来讲还是比较适合的，这对于激光感应子系统的扫描速度有一定的要求，一定要快速扫描。如果数码摄像子系统包括其它的光学感应器形成一个整体系统以后，工作范围与视场角就会发生变化，会与激光感应子系统结合在一起。

二、在公路量中车载激光扫描系统产生的实际作用和重要意义

基础测绘的重要技术就是快速采集空间的数据，在对道路进行勘察测绘的时候，一般都是运用传统的航空摄影测量，以此来获取数据，还能够用全野外的方法进行获取。这种获取方式需要工作人员带上仪器上路进行测量，这对于测量人员的人身安全有一定的威胁，容易出现交通安全事故的发生，并且测量的进度会受很多因素的影响，如天气、路况等，特别是传统的航空摄影测量受天气状况的影响比较严重，这样获取不到完整的信息，另外，测量人员通常是在地面作业，对于道路的测量、测量工作的控制以及测量的周期都是需要考虑的因素，这样产生了较高的人力与物力。因为目前人工测量技术人员无论在安全、效率还是成本上都要符合高速公路勘察设计的需要。所以，道路勘察设计院面临一个非常重要的技术难题，就是在道路勘察中不但要保证快速、安全、经济，对于测量的信息的采集要求较高的精确度，还要有丰富的信息支持。当前在以道路和道路相关地物、地形修测为主的地形图修测、城市三维空间信息的采集、更新和数字城市建设等方面的应用中，需要使用方便灵活的车载激光测量系统，作为数据获取的有效方式。车载激光测量依托我国稠密的公路网，能够覆盖绝大多数测绘区域，作业灵活，使用资源很少，具备低成本、高效率、快速测量等特点，对我国数字化城市建设以及道路勘测等测绘工程提供了有力的技术支持。

三、车载激光扫描系统的关键技术分析

1 点云数据精确分类点云数据在程序分类过程中，容易出现误判，比如讲“植被类”点分为“地面类”点，造成地形数据错分，导致数据源错误，直接影响数据高程精度，对数字高程模型和等高线的制作产生影响，使得产品精度不符合公路勘察规范要求，这就需求在程序自动分类的基础之上，进行点云数据精确分类操作，提高点云分类精度。在MicroStation平台下运行TerraScan软件，按块导入激光分类数据，通过拉剖面为手段，以道路中心线位两侧区域点云数据为对象，以俯视图、横断面、纵断面三个视角出发，切准同名点，对激光点云数据分类情况逐一进行复查并改正错误分类。然后基于精确分类的地面Lidar数据，构建不规则三角网，最终生成数字高程模型成果。

2 地物特征提取与矢量化激光点云数据是三维坐标点的集合，具有丰富的地理坐标信息，但是通常缺乏直观图像信息，导致在对点云数据进行判断的过程中，地物特征提取缓慢，效率低下，而且容易误判甚至不能判别地物属性，很大程度上制约了车载激光扫描仪的应用。在公路勘察设计测绘任务中，常常需要对点状地物（电线杆、灯杆、消防栓等）与线状地物（道路边线、建筑物立面等）等地物属性进行采集并矢量化，纯粹的点云数据很难高效、快速的完成上述任务。配合车载高清CCD相机拍摄的影像，结合点云数据可以提高地物的判断与提取。系统获取的Lidar点云GPS数据和视频图像数据GPS通过以基站GPS数据位基础，进行POS解算得到具有实际地理坐标的Lidar点云数据与视频图像数据。因此，Lidar点云数据和图像数据在统一坐标系下，可以进行互补，以高清影像为辅助，以点云数据的三维点坐标为基础，提取出点状地物（电线杆、灯杆、消防栓等）与线状地物（道路边线、建筑物立面等）的特征三维点坐标，完成矢量化，得到地物矢量化地形图。以精确分类的点云数据获取到高精度的数字高程模型，自动生成的等高线地形图配合地物矢量化地形图，参照《公路勘测规范》中的制图规范，对数字地形图进行规范化整饰，得到数字线划图，供公路勘察设计使用。

四、车载激光扫描系统在公路测量中的工作流程分析

车载激光测量系统以移动车辆为平台，线阵推扫式扫描仪为媒介，通过车辆前行获取道路沿线数据。主要包括获取POS数据、视频图像数据和Lidar点云数据。其中，把车载激光测量系统采集的基站记录的GPS数据及POS数据组合在一起进行处理，以此来获取移动测量车在行驶过程中的姿态、位置、角速度以及加速度等相关信息。在这个基础上，对数据与视频图像进行全方位的处理，在处理的时候，对GPS数据要进行解算，并与三维地理坐标进行集合，这对于后续的处理是非常有利的，在对点去数据进行处理时要通过相关的软件，对分类进行操作，能够减少噪声点，把实际作用的点保留下来，并对此进行数据的分类。对公路进行勘察设计的时候，对数字地形图与模型都要进行系统的测量，这样能快速得到所需产品。点去数据要经过一系统的分类才能提取测取区地面点，包括反射强度及高程，这样能快速生成高程模型和自动生成等高线，并且能够与灯杆、电线杆或是消防栓等状地物相互配合形成高清的影像提取点，另外还能与建筑物立面、道路边线等线状地物进行配合形成影像提取点，进而形成测图通用的格式并进行矢量化的操作，把高等线与矢量化地形地物图进行有效的结合，经过图幅规范化的处理，能够得出测区数字高程模型及数字线划图的形成，对公路勘察设计具有一定的使用价值。

五、结束语

通过对以上观点的论述，可以总结如下：车载激光移动测量系统的应用前景非常广阔，具体应用的领域包括：第一，对公路进行高精度高程测量时的应用，第二，在进行大比例尺地图修测与较快速度的测量的应用中，第三，在对城市的部件进行测量中的应用，第四，在城市进行三维建模时的应用，第五，用于道路设施进行调查，第六，对高级驾驶辅助系统进行路面的信息采集等。目前，车载激光移动测量系统的研究还处于开始阶段，需要进一步的研究开发，很多功能有待进一步的完善，当然，也有很多问题需要进一步的解决处理，相信在不久的将来，车载激光移动测量系统会更上一个台阶。

参考文献：

1、车载激光扫描仪外参数标定方法研究李星

2、基于车载激光扫描数据的目标分类方法 赵一志

3、基于车载激光扫描的公路三维信息提取 刘天星

4、IMU/DGPS辅助车载CCD及激光扫描仪三维数据采集与建模 周倚天

5、基于投影点密度的车载激光扫描距离图像分割方法 贾天

6、车载激光扫描技术与时代的发展 周婉仪

7、试分析激光扫描的发展方向 李志

8、市场经济下的车载激光扫描技术发展 郭华

9、公路测量技术分析 陈文

10、激光扫描与公路测量 孙友星