一種雷射雷達道路改擴建勘測設計方法
2023-06-25 22:16:06 2
一種雷射雷達道路改擴建勘測設計方法
【專利摘要】本發明公開了一種雷射雷達道路改擴建勘測設計方法，其步驟：A成果坐標基準設計、基礎控制測量以及路面控制點測量；B確定數據密度、採集路線等參數並沿道路主線及匝道獲取車載雷射雷達數據；C確定數據密度、飛行設計等參數，按設計航帶獲取機載雷射雷達數據；D通過雷射點雲平面坐標、高程坐標精化以及航跡線數據精化，實現雷射雷達數據融合；E利用點雲強度信息獲取道路車道標線特徵，並採用將三維點雲投影到二維平面的方法，實現道路路面、防護等特徵線的提取；F恢復既有道路的平面要素與縱面要素；G生產DEM、DOM和DLG；H雷射雷達測量與道路改擴建CAD協同設計，進行道路平、縱、橫斷面設計和方案比選，輸出最終的設計圖、表。
【專利說明】一種雷射雷達道路改擴建勘測設計方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及公路勘察設計【技術領域】，具體涉及一種融合車載與機載雷射雷達測量的道路改擴建勘測設計方法，該方法可以快速精確獲取既有道路及其附屬設施的特徵信息，進行道路改擴建工程方案設計與優化，精度滿足道路改擴建定測與施工圖設計要求。
【背景技術】
[0002]道路及其附屬結構等三維信息的精確獲取是道路改擴建的重要前提。對於道路改擴建工程，為了最大限度地利用現有道路，首先需要精確恢復出既有道路的線形要素；此夕卜，為了實現橋梁、路基等的精確拼接，相比於新建道路工程，其對測量精度亦有更高的要求。目前，主要採用航空攝影測量輔之以GPS RTK測量和精密水準測量的方法，但存在效率低、成本高、安全隱患大等缺陷，無法滿足日益增長的道路改擴建建設需求。
[0003]車載、機載雷射雷達測量技術，均是可主動、直接、快速獲取高精度三維空間信息的先進技術手段。機載雷射雷達測量技術，可穿透植被，實現既有道路的精確全景掃描，數據完整性好，然而受飛行速度、飛行高度限制，所採集的點雲密度有限，道路的微小特徵無法得到量測。而車載雷射雷達測量技術，可用很低的速度運行採集數據，可實現既有道路的高精度、高密度掃描，然而易受遮擋，
[0004]數據漏洞較多。不難發現，融合車載、機載雷射雷達測量技術，優勢互補，將非常適用於道路改擴建勘察設計。
[0005]中國專利申請「一種高速公路改擴建勘測方法」(專利申請號:201210154490.1)涉及使用雷射雷達技術掃描路面進行公路改擴建的勘測。該方法中首先以布設的地面靶標控制點三維空間坐標為參考，獲取高精度車載地面點雲並生成路面數字高程模型，然後以高精度車載地面點云為參考，生成1:2000比例尺地形圖。其主要缺陷如下:
[0006]I)既有道路特徵要素提取內容未涉及。上述專利方法主要將車載雷射掃描數據用於獲取路面高程模型，而道路改擴建的關鍵前提是既有道路特徵要素精確恢復及其附屬結構三維空間信息獲取，如道路中線、中央分隔帶、路緣石等特徵的提取。
[0007]2)成圖比例尺不滿足道路改擴建工程要求。高速公路改擴建工程的成圖比例尺應為1:1000，甚至1:500。上述專利申請中僅涉及1:2000比例尺數字高程模型、數字線劃地形圖的生產，且未有數字正射影像圖相關內容。道路改擴建工程中，數字正射影像圖常被用於經濟調查等，是一項比較重要的成果資料。
[0008]3)數據處理方法存在一定缺陷。機載雷射掃描數據處理以車載雷射點雲數據為參考，而非地面控制點三維空間坐標，機載雷射掃描數據處理及精度依賴於車載雷射掃描數據，缺陷明顯；此外，構建三角網形成數字高程模型，效率低、精度差。
[0009]為此，本發明專利申請提出了一種融合車載機載雷射雷達測量的道路改擴建勘測設計方法，更加深入系統地利用車載機載雷射雷達測量技術用於道路改擴建勘測設計，具有顯著的經濟和社會效益。
【發明內容】
[0010]針對傳統測設方法無法滿足日益增長的道路改擴建建設需求的難題，本發明的目的在於提出了一種融合車載與機載雷射雷達測量的道路改擴建勘測設計方法。該方法充分利用車載雷射雷達測量數據密度高和機載雷射雷達測量數據完整性好的優勢，快速精確獲取既有道路及其附屬設施的特徵信息，輔助道路改擴建工程方案設計與優化，精度能滿足道路改擴建定測與施工圖設計要求，實現不中斷交通流完成道路改擴建勘測設計。
[0011]為了達到上述目的，本發明採用如下技術措施:
[0012]一種雷射雷達道路改擴建勘測設計方法，其步驟如下:
[0013](I)控制測量:主要進行成果坐標基準設計、基礎控制測量以及路面控制點測量，為後繼的車載、機載雷射雷達數據獲取做準備；
[0014](2)車載雷射雷達數據獲取:根據道路特徵提取需求，確定雷射點雲間隔等指標，設計車輛行駛速度等參數，沿道路主線及匝道嚴格按照地面車輛行駛規定行進，獲取車載雷射雷達數據；
[0015](3)機載雷射雷達數據獲取:根據道路改擴建數據精度要求，確定雷射點雲間隔、數碼圖像地面解析度等指標，設計飛機飛行高度和速度、最大脈衝發射頻率等參數，通過任務設計確定航帶個數和航帶長度，並嚴格按照飛行規定，獲取機載雷射雷達數據；
[0016](4)車載與機載雷射雷達數據融合處理:通過雷射點雲數據解算、雷射雷達數據基準轉換，獲取成果坐標基準中的雷射雷達數據，進一步利用布設的路面控制點，分別對車載與機載雷射點雲和航跡線數據進行精化，使點雲與數碼圖像精確配準，並將車載與機載雷射雷達數據納入到統一坐標基準中，實現車載與機載雷射雷達數據的精確融合。
[0017](5)基於融合雷射點雲的道路特徵提取:利用融合雷射點雲的強度信息獲取道路車道標線特徵，並採用將三維雷射點雲投影到二維平面的方法，實現道路路面與防護等線特徵的提取。
[0018](6)基於道路特徵的既有道路線形要素恢復:利用道路特徵，參照既有道路原有的設計文件，進行平面要素與縱面要素恢復。
[0019](7) 1:500或1:1000比例尺數字產品生產:不構建三角網，直接取距離格網點最近雷射點的高程值，快速生成所需數字高程模型(DEM)，利用相關攝影測量軟體，生成對應比例尺數字正射影像圖(DOM)和數字線劃地形圖(DLG)。
[0020](8)雷射雷達測量與道路改擴建CAD協同設計:利用融合雷射點雲數據以及所生成的1:500或1:1000比例尺的DEM、DOM、DLG，進行道路平、縱、橫斷面設計和方案比選，輸出最終的設計圖、表。
[0021]與現有技術相比，本發明的優點和有益效果主要表現在:
[0022]1、直接基於路面控制點，完成車載與機載雷射雷達數據融合精化處理，車載與機載雷射雷達數據處理過程獨立，未引入中間環節誤差，成果精度高；
[0023]2、充分利用車載雷射雷達測量數據密度高和機載雷射雷達測量數據完整性好的優勢，快速精確獲取滿足道路改擴建定測與施工圖設計精度要求的既有道路特徵信息，輔助道路改擴建工程方案設計與優化；
[0024]3、大量減少人工外業測量，可替代人工上路測量，實現不中斷交通流的道路改擴建勘測與設計。[0025]4、本發明創新性地融合車載與機載雷射雷達測量技術用於道路改擴建勘測設計，可縮短道路改擴建勘測設計周期、保障數據質量。本發明技術已經成功應用於河北、廣西、江西、安徽等省的國家重點高速公路改擴建工程中，累積應用裡程近1000km，在應用工程項目中有效代替人工上路測量，解決了不幹擾正常交通流情況下快速精確獲取既有道路特徵信息的難題，避免了交通安全隱患。豐富精確的數據為路線、橋隧方案比選與優化提供強有力支撐，縮短測設周期1/2以上，提高工作效率3倍以上，展現出巨大的經濟、社會、安全和生態效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明的一種雷射雷達道路改擴建勘測設計方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述。
[0028]實施例1:
[0029]一種雷射雷達道路改擴建勘測設計方法，更具體是一種融合車載與機載雷射雷達測量技術進行道路改擴建勘測與設計的方法，流程示意圖如圖1所示，各步驟詳細闡述如下:
[0030]第一步，控制測量
[0031]1、成果坐標基準設計。成果平面坐標系統為2000國家大地坐標系或1980西安坐標系或1954北京坐標系或當地坐標系，採用高斯投影，中央子午線和投影面的選擇應使測區內投影長度變形值小於25mm/km，成果高程基準為1985國家高程基準或其他高程基準。
[0032]2、基礎控制測量。沿道路改擴建工程路線方向每間隔5km左右布設一對四等平面和高程地面控制點。
[0033]3、路面控制點測量。沿道路改擴建工程路線方向每側每2km布設I個一級路面平面控制點，每側每500m布設I個四等路面高程控制點。路面平面控制點和路面高程控制點在道路左右兩側硬路肩或護欄路緣交錯排列，且路面平面控制點應能從雷射點雲中精確識別。
[0034]第二步，車載雷射雷達數據獲取
[0035]車載雷射雷達測量，主要用於獲取既有道路的特徵信息，具體實施步驟如下:
[0036]1、數據密度設計。根據道路特徵提取需求，雷射點間距宜小於0.05m。
[0037]2、採集路線設計。數據採集路線通常為沿道路主線及匝道，至少需要往返各一個測回。當路線長度較長時，主要考慮根據道路收費站、服務區的分布情況設計合理的數據採集路線。
[0038]3、地面GPS基準站設計。測區內布設地面GPS基準站，保證測區內任一點到最近地面GPS基準站的距離不超過10km，測區內至少布設2個地面GPS基準站，地面GPS基準站採樣頻率為IHZ。
[0039]4、車載雷射雷達數據採集。嚴格遵守相關地面行駛規定，進行車載雷射雷達數據的採集。在數據採集之前，應對車載雷射雷達測量系統進行系統檢校。所有的地面GPS基準站均開機進行同步觀測，在抵達測區約10?20分鐘前提前開啟POS系統，供IMU動態初始化，採集過程中車速儘量均勻，儘可能在緊急停車道行駛，採集結束後宜靜態觀測10?20分鐘，以保證定位精度。
[0040]第三步，機載雷射雷達數據獲取
[0041]根據設計路線起止點，進行機載雷射雷達任務設計和數據採集。具體實施步驟如下:
[0042]1、數據密度與圖像解析度設計。路面雷射點間距宜小於0.15m，數碼圖像地面解析度宜小於0.1m0
[0043]2、飛行設計。按機載雷射雷達設備的雷射掃描偏角，設計飛行覆蓋寬度和飛行方向，綜合路線方案確定覆蓋的航帶個數和航帶長度，雷射數據至少覆蓋路線方案外側400m範圍，互通立交處按工程需求確定覆蓋範圍。C⑶相機成像時，像片航向重疊度不低於60%，旁向重疊度不低於30%。
[0044]3、地面GPS基準站設計。測區內布設地面GPS基準站，保證測區內任一點到最近地面GPS基準站的距離不超過10km，測區內至少布設2個地面GPS基準站，地面GPS基準站採樣頻率為IHZ。
[0045]4、機載雷射雷達數據採集。嚴格遵守相關飛行規定，進行機載雷射雷達數據的採集。在數據採集之前，應對機載雷射雷達測量系統進行系統檢校。在數據採集時，所有的地面GPS基準站均開機進行同步觀測，在正式採集前10?20分鐘完成架設和打開GPS接收機，在結束採集後10?20分鐘關閉GPS接收機。
[0046]第四步，車載與機載雷射雷達數據融合
[0047]1、雷射點雲數據解算。利用機載、車載的POS數據、地面GPS基準站測量數據、雷射掃描數據以及雷射掃描系統檢校數據，通過解算獲取WGS-84坐標基準下的雷射雷達數據，如航跡線數據、雷射點雲數據等。
[0048]2、雷射雷達數據基準轉換。從第一步2中基礎控制測量成果，選取覆蓋整個測區均勻分布的四等平面和高程地面控制點，利用其WGS-84坐標和成果坐標基準中的坐標，計算布爾莎模型7參數，利用該參數將雷射雷達數據轉換到成果坐標基準中。
[0049]3、雷射雷達數據精化。為了滿足道路改擴建定測與施工圖設計要求，需要進一步提高機載、車載雷射雷達數據精度，具體採用第一步3中布設的路面控制點分別完成機載、車載雷射點雲平面和高程坐標的精化，以及航跡線數據的精化。具體步驟為:
[0050]A、雷射點雲平面坐標精化:根據路面平面控制點的分布，沿線對雷射點雲進行分段處理，分段長度一般為5?10km，且保證每段中至少包括3個路面平面控制點，相鄰分段之間至少有I個公共點。對每個分段，首先根據路面平面控制點在雷射點雲中對應的平面坐標與外業實測坐標，計算仿射變換模型，然後利用仿射變換模型參數完成該分段點雲的平面坐標精化。
[0051]B、雷射點雲高程坐標精化:a)首先利用路面高程控制點的平面坐標X、Y，定位與之距離最近的雷射點，取該雷射點的高程值作為該路面高程控制點處的雷射測量高程，將其與路面高程控制點實測高程比較，得到路面高程控制點處對應的高程差值dZ ；b)為使得建立的三角網能夠覆蓋所有雷射點雲數據，將自動生成路面雷射點雲數據最小包絡矩形的四個頂點，對應四個虛擬路面高程控制點，這些頂點的高程差值dZ取與之距離最近的路面高程控制點的高程差值，最後以路面高程控制點和四個虛擬路面高程控制點的平面坐標X、Y和高程差值dZ構成三角網，建立高程誤差改正模型；c)對測區範圍的每個雷射點，首先利用其平面坐標X、Y，定位其在高程誤差改正模型中的三角形，假設三角形範圍內高程變化位於同一個平面內，通過內插計算高程誤差修正值。對每個雷射點計算其對應的高程誤差修正值並進行補償，從而完成雷射點雲的高程坐標精化。
[0052]C、雷射雷達航跡線數據精化。採用人工或者半自動的方式選取數碼圖像之間的同名點，並人工識別量測出路面控制點在數碼圖像上的圖像坐標，採用區域網平差的方法，完成雷射雷達航跡線數據的精化，同時實現數碼圖像與點雲數據的精確配準。
[0053]4、雷射雷達數據的融合。通過雷射雷達數據精化處理，將機載、車載雷射雷達數據納入到與路面控制點統一的坐標基準中，同時實現雷射點雲數據與數碼圖像的精確配準，可對雷射雷達數據進行統一管理、顯示與分析，從而完成車載與機載雷射雷達數據的融合。
[0054]第五步，基於融合雷射點雲的道路特徵提取
[0055]基於融合雷射點雲的道路特徵提取，主要分為車道標線特徵提取、道路路面與防護等特徵提取，主要用於後繼的既有道路線形要素恢復與設計。
[0056]1、車道標線特徵提取:根據車道標線強度值與路面材料強度值存在較大差異，利用融合雷射點雲的強度信息實現車道標線的提取。首先，分析車道標線雷射點的強度值範圍，確定合適強度值閾值，將強度信息大於強度值閾值的雷射點作為車道標線雷射點的備選點；然後，採用人機互動的方式確定出車道標線的近似平面位置，利用車道標線雷射點的備選點，通過分段最小二乘方法，對車道標線位置進行精確擬合；最後，提取精確車道標線位置左右兩側0.02m範圍內的雷射點，並進行排序和抽稀，輸出最終的車道線雷射點，完成車道標線特徵提取。
[0057]2、道路路面與防護等特徵提取，具體步驟如下:
[0058]a)人工確定出道路特徵的初略位置引導線，提取道路特徵附近的融合雷射點雲。
[0059]b)根據道路特徵的初略位置引導線，按一定步長進行斷面剖分，建立剖分切片。剖分切片在O-XY平面投影線段與引導線相互垂直，設剖分切片在O-XY平面投影線段對應的直線方程為Ax+By+C=0，則雷射點到該剖分切片投影在物方坐標系中的坐標可通過式(I)計算得到:
[0060]Xp = (B*B*Xg-A*B*Yg-A*C) / (A*A+B*B)
[0061]Yp = (-A*B*XG+A*A*YG_B*C) / (A*A+B*B)
[0062]Zp = Zg
[0063]式中，(XG, YG, Zg)表示雷射點在物方坐標系中的坐標，(Xp, Yp, Zp)表示雷射點到該剖分切片投影在物方坐標系中的坐標，A、B、C為剖分切片在O-XY平面投影線段對應直線方程的參數。
[0064]則點(XP，Yp, Zp)與所對應的剖分切片坐標系中的坐標滿足如下關係式:
[0065]Xp = xsec left n+xsec*cos (angle)
[0066]Yp = xsec left n+xsec*sin (angle) (2)
[0067]Zp = ysec
[0068]式中，angle表示剖分切片在O-XY平面投影線段的方向角，(xse。，yse;。)表示點(Xp, Yp, Zp)所對應的剖分切片坐標系中的坐標。
[0069]對於每個雷射點，計算其對應的剖分切片坐標系坐標，從而完成融合雷射點雲的斷面剖分。
[0070]c)選擇雷射點雲信息完整的剖分切片，提取出構成所感興趣道路特徵的點雲，保存點雲在剖分切片坐標系中的坐標並指定模板原點，從而完成道路特徵點雲模板的建立。
[0071]d)道路特徵點雲模板與剖分切片點雲在二維平面內，可近似認為只存在旋轉、平移和拉伸，平面轉換模型如下所示:
【權利要求】
1.一種雷射雷達道路改擴建勘測設計方法，其步驟如下: 第一步，控制測量:進行成果坐標基準設計、基礎控制測量以及路面控制點測量，為後繼的車載、機載雷射雷達數據獲取做準備； 第二步，車載雷射雷達數據獲取:根據道路特徵提取需求，沿道路主線及匝道按照地面車輛行駛規定行進，獲取車載雷射雷達數據； 第三步，機載雷射雷達數據獲取:根據道路改擴建數據精度要求，通過任務設計確定航帶個數和航帶長度，並按照飛行規定，獲取機載雷射雷達數據； 第四步，車載與機載雷射雷達數據融合處理:通過雷射點雲數據解算、雷射雷達數據基準轉換，獲取成果坐標基準中的雷射雷達數據，進一步利用布設的路面控制點，分別對車載與機載雷射點雲和航跡線數據進行精化，使點雲與數碼圖像精確配準，並將車載與機載雷射雷達數據納入到統一坐標基準中，實現車載與機載雷射雷達數據的精確融合； 第五步，基於融合雷射點雲的道路特徵提取:利用融合雷射點雲的強度信息獲取道路車道標線特徵，並採用將三維雷射點雲投影到二維平面的方法，實現道路特徵的提取；第六步，基於道路特徵的既有道路線形要素恢復:利用道路特徵，參照既有道路原有的設計文件，進行平面要素與縱面要素恢復； 第七步，1:500或1:1000比例尺數字產品生產:取距離格網點最近雷射點的高程值，生成所需數字高程模型，利用攝影測量軟體，生成對應比例尺數字正射影像圖和數字線劃地形圖； 第八步，雷射雷達測量與道路改擴建CAD協同設計:利用融合雷射點雲數據以及所生成的1:500或1:1000比例尺的數字高程模型、數字正射影像圖、數字線劃地形圖，進行道路平、縱、橫斷面設計和方案比選，輸出最終的設計圖、表。`
2.根據權利要求1所述的雷射雷達道路改擴建勘測設計方法，其特徵在於，步驟如下: 第一步，控制測量 (1)、成果坐標基準設計，成果平面坐標系統為2000國家大地坐標系或1980西安坐標系或1954北京坐標系或當地坐標系，採用高斯投影，中央子午線和投影面的選擇使測區內投影長度變形值小於25mm/km，成果高程基準為1985國家高程基準或其他高程基準； (2)、基礎控制測量，沿道路改擴建工程路線方向每間隔5km布設一對四等平面和高程地面控制點； (3)、路面控制點測量，沿道路改擴建工程路線方向每側每2km布設I個一級路面平面控制點，每側每500m布設I個四等路面高程控制點，路面平面控制點和路面高程控制點在道路左右兩側硬路肩或護欄路緣交錯排列，且路面平面控制點能從雷射點雲中精確識別； 第二步，車載雷射雷達數據獲取，其具體實施步驟如下: (1)、數據密度設計，根據道路特徵提取需求，雷射點間距小於0.05m ； (2)、採集路線設計，數據採集路線為沿道路主線及匝道，至少往返各一個測回； (3 )、地面GPS基準站設計，測區內布設地面GPS基準站，保證測區內任一點到最近地面GPS基準站的距離不超過10km，測區內至少布設2個地面GPS基準站，地面GPS基準站採樣頻率為IHZ ； (4)、車載雷射雷達數據採集，遵守地面行駛規定，進行車載雷射雷達數據的採集，在數據採集之前，對車載雷射雷達測量系統進行系統檢校，所有的地面GPS基準站均開機進行同步觀測，在抵達測區10~20分鐘前開啟POS系統，供MU動態初始化，採集過程中車速儘量均勻，儘可能在緊急停車道行駛，採集結束後靜態觀測10~20分鐘； 第三步，機載雷射雷達數據獲取 根據設計路線起止點，進行機載雷射雷達任務設計和數據採集，具體實施步驟如下: (1)、數據密度與圖像解析度設計，路面雷射點間距小於0.15m，數碼圖像地面解析度小於 0.1m ; (2)、飛行設計，按機載雷射雷達設備的雷射掃描偏角，設計飛行覆蓋寬度和飛行方向，綜合路線方案確定覆蓋的航帶個數和航帶長度，雷射數據至少覆蓋路線方案外側400m範圍，互通立交處按工程需求確定覆蓋範圍，C⑶相機成像時，像片航向重疊度不低於60%，旁向重疊度不低於30% ； (3 )、地面GPS基準站設計，測區內布設地面GPS基準站，保證測區內任一點到最近地面GPS基準站的距離不超過10km，測區內至少布設2個地面GPS基準站，地面GPS基準站採樣頻率為IHZ ； (4)、機載雷射雷達數據採集，遵守相關飛行規定，進行機載雷射雷達數據的採集，在數據採集之前，對機載雷射雷達測量系統進行系統檢校，在數據採集時，所有的地面GPS基準站均開機進行同步觀測，在正式採集前10~20分鐘完成架設和打開GPS接收機，在結束採集後10~20分鐘關閉GPS接收機； 第四步，車載與機載雷射雷達數據融合 (I )、雷射點雲數據解算，利用機載、車載的POS數據、地面GPS基準站測量數據、雷射掃描數據以及雷射掃描系統檢`校數據，通過解算獲取WGS-84坐標基準下的雷射雷達數據； (2)、雷射雷達數據基準轉換，從第一步(2)中基礎控制測量成果，選取覆蓋整個測區均勻分布的四等平面和高程地面控制點，利用其WGS-84坐標和成果坐標基準中的坐標，計算布爾莎模型7參數，利用該參數將雷射雷達數據轉換到成果坐標基準中； (3)、雷射雷達數據精化，採用第一步(3)中布設的路面控制點分別完成機載、車載雷射點雲平面和高程坐標的精化，以及航跡線數據的精化，具體步驟為: A、雷射點雲平面坐標精化:根據路面平面控制點的分布，沿線對雷射點雲進行分段處理，分段長度一般為5~10km，且保證每段中至少包括3個路面平面控制點，相鄰分段之間至少有I個公共點，對每個分段，首先根據路面平面控制點在雷射點雲中對應的平面坐標與外業實測坐標，計算仿射變換模型，然後利用仿射變換模型參數完成該分段點雲的平面坐標精化； B、雷射點雲高程坐標精化:a)首先利用路面高程控制點的平面坐標X、Y，定位與之距離最近的雷射點，取該雷射點的高程值作為該路面高程控制點處的雷射測量高程，將其與路面高程控制點實測高程比較，得到路面高程控制點處對應的高程差值dZ ；b)為使得建立的三角網能夠覆蓋所有雷射點雲數據，將自動生成路面雷射點雲數據最小包絡矩形的四個頂點，對應四個虛擬路面高程控制點，這些頂點的高程差值dZ取與之距離最近的路面高程控制點的高程差值，最後以路面高程控制點和四個虛擬路面高程控制點的平面坐標X、Y和高程差值dZ構成三角網，建立高程誤差改正模型；c)對測區範圍的每個雷射點，首先利用其平面坐標X、Y，定位其在高程誤差改正模型中的三角形，假設三角形範圍內高程變化位於同一個平面內，通過內插計算高程誤差修正值；對每個雷射點計算其對應的高程誤差修正值並進行補償，從而完成雷射點雲的高程坐標精化； C、雷射雷達航跡線數據精化，採用人工或者半自動的方式選取數碼圖像之間的同名點，並人工識別量測出路面控制點在數碼圖像上的圖像坐標，採用區域網平差的方法，完成雷射雷達航跡線數據的精化，同時實現數碼圖像與點雲數據的精確配準； (4)、雷射雷達數據的融合，通過雷射雷達數據精化處理，將機載、車載雷射雷達數據納入到與路面控制點統一的坐標基準中，同時實現雷射點雲數據與數碼圖像的精確配準，可對雷射雷達數據進行統一管理、顯示與分析，從而完成車載與機載雷射雷達數據的融合；第五步，基於融合雷射點雲的道路特徵提取 (1)、車道標線特徵提取:根據車道標線強度值與路面材料強度值存在較大差異，利用融合雷射點雲的強度信息實現車道標線的提取；首先，分析車道標線雷射點的強度值範圍，確定強度值閾值，將強度信息大於強度值閾值的雷射點作為車道標線雷射點的備選點；然後，採用人機互動的方式確定出車道標線的近似平面位置，利用車道標線雷射點的備選點，通過分段最小二乘方法，對車道標線位置進行精確擬合；最後，提取精確車道標線位置左右兩側0.02m範圍內的雷射點，並進行排序和抽稀，輸出最終的車道線雷射點，完成車道標線特徵提取； (2)、道路路面與防護等特徵提取，具體步驟如下: a)人工確定出道路特徵的初略位置引導線，提取道路特徵附近的融合雷射點雲； b)根據道路特徵的初略位置引導線，按一定步長進行斷面剖分，建立剖分切片，剖分切片在O-XY平面投影線段與引導線相互垂直，設剖分切片在O-XY平面投影線段對應的直線方程為Ax+By+C=0，則雷射點到該剖分切片投影在物方坐標系中的坐標可通過式(I)計算得到:
Xp = (B*B*XG-A*B*YG-A*c) / (A*A+B*B)
Yp = (-A*B*XG+A*A*YG-B*C) / (A*A+B*B) (I)
Zp = Zg 式中，(XG, YG, Zg)表示雷射點在物方坐標系中的坐標，(Xp, Yp, Zp)表示雷射點到該剖分切片投影在物方坐標系中的坐標，A、B、C為剖分切片在O-XY平面投影線段對應直線方程的參數； 則點(Xp，Yp，ZP)與所對應的剖分切片坐標系中的坐標滿足如下關係式:
Xp = xsec—left—n+xsec*cos(sngle)
Yp = xsec—left—n+xsec*s in (Qngle) (2)
Zp = ysec
式中,angle表示剖分切片在O-XY平面投影線段的方向角，(xseK,yse;。)表示點(XP, Yp, Zp)所對應的剖分切片坐標系中的坐標； 對於每個雷射點，計算其對應的剖分切片坐標系坐標，從而完成融合雷射點雲的斷面剖分； c)選擇雷射點雲信息完整的剖分切片，提取出構成所感興趣道路特徵的點雲，保存點雲在剖分切片坐標系中的坐標並指定模板原點，從而完成道路特徵點雲模板的建立； d)道路特徵點雲模板與剖分切片點雲在二維平面內，可近似認為只存在旋轉、平移和拉伸，平面轉換模型如下所示:
【文檔編號】E01C23/01GK103711050SQ201310754129
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】陳楚江, 明洋, 餘紹淮, 王麗園, 張霄, 餘飛 申請人:中交第二公路勘察設計研究院有限公司