机载激光数码测量系统在公路勘测中的应用介绍.pdf

机载激光数码测量系统在线路勘测中的应用介绍

一、系统的原理及组成

机载雷达激光测量系统（LIDAR）由GPS接收机、惯性测量装置（IMU）、

激光测量装置、数码相机这四大部件有机组合而成，再配以大容量的计算机。它

通过DGPS和IMU直接求得相片的外方位元素，通过激光测距仪直接测得高密度

和高精度的地面三维数据，并通过高分辨率的数码相机可以得到清晰的地面影

像，最后将激光点数据和数码影像进行联合处理得到高精度的正射影像和数字高

程模型。根据正射影像和激光点高程数据就可以精确得到1：500、1：1000、1：

2000等不同比例尺的数字图。各部件的工作原理如下：

1.GPS接收机

通过接收卫星的数据，能实时精确测定出设备的空间位置，再通过后处理技

术与地面基站进行差分计算，精确求得飞行轨迹。

2.惯性测量装置（IMU）

该装置接收到GPS数据，经过处理计算，求得飞机运行的轨迹，根据轨迹

的几何关系及变量参数，推算出未来的空中位置，从而测算出该测量系统的实时

和将来的空间向量。

该技术为西方发达国家应用在航天和军事上，如军事方面用于导弹时，导弹

的发射点、目标、飞行轨迹均以设定，在飞行过程中会受外界因素的影响，实际

轨迹由惯导装置测定，通过动力装置调整，使导弹精按轨迹飞行击中目标（导弹

射程超过1000KM，命中目标偏差小于1.5米），故此该系统也称作为惯导系统。

3.激光测量装置

工作原理参照全站仪。但数据发射量和功率非常大，每秒中最多可发射24

万个激光点，测量距离为离地面30－1800米。测量到地面的激光点密度最高可
达100个/㎡，正常飞行高度情况下（航高800米），在植被比较茂密的地区也

有一定量的激光点射到地面上。利用专业软件对数据进行处理辨别出地面点或是

植被点等。

4.数码相机

航拍工程应用。采用专业数码相机，像素3900万，飞行高度在1000米的情

况下，影像地面分辨可达到10cm，从而可以获得高清晰的影像，在不同航高下，

可以得到1：250～1：5000不同比例尺的正射影像。影像通过与激光点数据整合

处理后，可以得到依比例、带坐标和高程的正射影像图。

5.其他相关设备

其他相关装备有飞机（运5或直升机）、计算机、专业数据处理软件等。

二、产品及应用

本系统利用飞机在空中飞行拍摄测量后，直接获取的成果资料有激光点（照

射到地面或植被上的点的数据）和原始影像图，通过对数据的分析处理，结合影

像数据，根据用户的需求，生产出相应的产品。

1.带高程量的各种比例尺的正射影像图

图像占的空间较大，不同比例的影像图配置相应的高程数据（高程数据以等

高线的形式，单独设一图层，可隐蔽），使用时，根据具体用途确定比例后，由

测绘单位把图像处理好后提交使用，也可同时提供各种比例的影像图。挂图比例

1:1万彩色挂图1:5000彩色挂图

1:2000正射影像叠加等高线1:1000影像叠加等高线
1：5千～1：1万；选线阶段用1：2千～1：1万；初设阶段1：2千；施工图阶
段1：500～1：2000。
在正射影像图中，可直观查看到地物地貌，还可以从图上读取坐标和高程。

2．高精度立体地模（DEM）

激光测量到地面点的密度最大每平方米上百点，正常的间隔在1米左右，数
据量非常大（称点云），这些点的数据可生成精确地模。根据不同的用途，可以

对激光点进行筛选，得到不同精度的立体地模，精度越低，数据量越小。
公路设计方面，当线位确定后，沿设计线位两侧一定距离（30～100米）内，
激光点还原100％，建成高精度立体地模，便可直接读取纵、横断面，重要地物
如房屋边线，地面上的管线，甚至架空高压线等三维数模也可以直接获得。在高
速公路改造方面，对地模精度要求更高，用低空飞行测量可增大激光点密度，以
提高已有构造物边缘点等重要特征点的解析精度。路面上的测点经过纠正和检

核，可直接用于工程量计算上。

纵横断面图

3.数字线划图（DLG）
根据经过处理后的激光数据和正射影像图，利用专业的成图软件处理，可生
成1：500、1：1000、1：2000等各种比例尺的数字线划图，满足施工图、桥隧

工点图等相关方面用图。

1:2000正射影像图1:2000数字线化图

1:1000正射影像图1:1000数字线化图
4.实景模型、效果模型

激光点建成立体地模，贴上正射影像图后，生成仿真度极高的电子模型，电

子模型可以切挖、填补，把设计好的构造物模型，按它的平面位置和高