激光雷达数据的地面线自动生成方法

在公路勘察设计阶段，丰富、准确的设计地面线信息（横断面、纵断面等）的获取，是公路勘测的一项极为重要的工作，其主要是用于路基的设计以及土石方数量的计算。目前主流的方法是利用全站仪或实时差分定位技术(rael-time kinematic, RTK)先放样出中桩，然后再利用RTK测出每个横断面的高程。然而，这种方式采用单点接触测量，导致其作业速度较慢，同时由于勘测区域内天气、交通以及地形困难程度等自然条件的限制，容易造成测绘成果精度不高，工期难以保证，勘测成本加大的不良后果。

但是，随着测绘新技术的不断更新和发展，激光雷达（light detection and ranging,LiDAR）技术已经在公路勘察领域展开了相当广泛和成熟的应用。该技术主要是由激光测距、全球定位系统和惯性导航系统三个技术组成，是一种可以用于精确、快速地获取地面及地物三维空间信息的主动式雷达探测技术。该技术能够穿透植被，有效克服自然环境等因素的影响，可快速采集大面积、高密度以及高精度的空间三维数据，非常有利于高精度地面线的快速提取。

目前，机载LiDAR技术在地面线提取中都是先利用地面的激光点云数据生成数字高程模型，然后利用数字高程模型再生成各种地面线信息。这种方法虽然达到了快速、高效获取地面线的要求，但是激光点云数据在生成数字高程模型的过程损失了原始的激光点云信息，而且经过两次内插计算，就进一步降低了地面线成果的精度，尤其是在高速公路改扩建工程中，对高速公路两侧边沟等构造物位置处地面线的精度影响较大，且未能清晰表达微地貌变化。针对以上问题，本文提出了一种新的设计地面线生成技术流程，同时基于LiDAR数据设计与实现了设计地面线自动提取原型软件，并开展了应用示范。

1 技术流程

在高速公路建设工程中采用LiDAR数据进行地面线提取，其主要的技术流程如图1所示。① 将分类后的海量高密度LiDAR数据进行高效组织和管理；② 通过中桩的位置信息来计算地面线平面位置并提取地面线附近的LiDAR点云数据；③根据提取的点云中地面点数据构建内插模型，生成地面线上点的高程，输出地面线数据；最后，结合数字正射影像（digital orthophoto map,DOM）数据，在可视化平台中对地面线进行检核和修正。