李俊鹏

摘 要：本文基于笔者从事公路测量的相关工作经验，以车载LIDAR在高速公路扩建中的应用为研究对象，详细分析了具体的技术流程，并给出了数据处理和精度评价结论，结合GPS、RTK、车载LiDAR测量等新兴技术可以在不影响高速公路交通流的情况下高效获取精确的道路路面三维信息，为今后高速公路扩建勘测工作提供了一个新的技术手段。

关键词：车载LIDAR 高速公路 擴建 测量

中图分类号：P258 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）09（b）-0058-02

截至2011年5月，我国已修建完成高速公路总里程约7 万多公里。随着经济的快速发展，道路交通量日益增大，早期建设的高速公路已不能很好地满足当前交通运输需求。为此，国内已有多条高速公路陆续开展了扩建工程建设。然而，不同于新建线路工程，高速公路扩建有很多需要进一步探索和研究的问题。

首先需要解决的就是原有道路基础数据的获取。实际表明，仅依靠竣工资料是难以满足改扩建要求的，扩建工程对测量精度的要求远高于新建工程。而待扩建高速公路往往交通流量很大，利用工程测量等传统测绘方法存在工作量较大、工期较长、获取的地形分辨率低，特别是人员作业危险性大等多方面缺点。因此，应考虑采用当今最新的测绘技术手段进行勘测，以实现快速、高效获取原有道路实际平纵线位数据及道路两侧相关构造物信息，为公路勘测设计人员提供高精度的基础地理信息成果，余绍淮等人以直升机为平台利用机载激光雷达技术在京港澳高速京石段进行了数据采集及处理，取得了较为理想的结果。

车载激光雷达（LiDAR）作为移动测量系统（Mobile Mapping System，简称MMS）的最新发展成果，集全球定位系统（GPS）、激光扫描仪、光学摄影、惯性导航系统 （INS）和计算机等众多技术于一身，可在车辆高速行进过程中同步获取高精度、高精细的三维激光点云数据与影像数据，在数据类型多样性、定位精度等方面具有明显优势。相对于传统测量方式，车载LiDAR在测绘数据采集方式、效率、数据丰富度、后期数据处理等方面更是有质的飞跃，相比于机载激光雷达，由于其测距短，所以获取的数据密度更高、精度更优，因此，车载激光雷达在高速公路改扩建勘测方面具有很大的推广应用价值。

本文以西安至咸阳高速公路扩建为例，探索了结合 GPS、RTK、车载LiDAR系统在高速公路扩建勘测方面的实际应用情况。

1 项目介绍

1.1 测区概况

本项目为西安至咸阳高速公路某路段扩建勘测工程，全长20km。已有高速公路按双向四车道标准建设，目前计划扩建为双向八车道。要求获取道路路面平面精度优于 5cm，高程精度优于2cm的点云数据。

1.2 技术路线

本次外业测量工作包括车载Li DAR测量及平差用靶标点测量，原始数据采集完成后，利用地面靶标点对车载Li DAR测量所获点云进行平差和精度优化，最终保证高速公路路面点云数据平面精度优于5cm，高程精度优于2cm。总体技术路线见图1。

1.3 外业测量

1.3.1 地面靶标点测量

本项目共施测靶标控制点115个，布设原则为每单向400m，双向交叉200m布设一个，精度检查点共测量19个。所有点位平面坐标以已有公路施工控制网相关点位为主站利用RTK方法获取，高程均连测四等水准，水准路线总长约50km。

1.3.2 车载移动激光测量

车载LiDAR系统外业测量需要同步架设GPS基站。结合已有工程项目经验，GPS基站覆盖半径不大于15km，为此本次选取两个GPS点位同步架设基站，其距测区最远端12km。考虑到不同时段GPS信号差异及地物遮挡因素，为保证获取最优的数据成果，分别对双向车道进行了单向的2次测量；考虑到保证数据覆盖完整性要求，特选取行车道和应急车道分别作为行车路线进行测量数据采集。

1.4 数据处理

工程经验表明，GPS观测条件良好的情况下车载原始点云数据平面精度约为10cm，高程精度约为5cm，如不进行精度优化则无法满足高速公路扩建勘测对于数据的精度要求。所以在本项目实施过程中，利用地面靶标控制点对点云数据进行了整体平差与精度优化，将精度优化至平面5cm、高程2cm。之后对优化后的点云进行地面分类处理，得到地面点。

数字地面模型（DTM）在公路勘察设计中的应用主要集中在纵、横断面和三维公路辅助设计提供基础。点云数据进行校正、噪声点剔除等处理后，得到精确的点云三维坐标，可以作为DTM的数据源。公路拓宽勘察设计需建立一个仅表现地貌变化高程模型，需对信息数据丰富的点云进行筛选。可以分两步建立DTM。

（1）通过Trident Analyst软件对公路特征矢量线（行车道白线、分隔带外测边缘、路面边缘等）进行提取。（2）采用常规测量技术对路面外地形进行具有针对性的碎部测量（主要包括路堑坡底、高边坡坡顶和坡底及激光扫描盲区的测量），检核路外点云数据，以一定密度提取未受干扰的点云数据。

完成以上两步，采用纬地道路设计软件对路面特征矢量线和路堑、高边坡的坡顶、底线进行约束，建立精确的DTM，从中提取路线的纵、横断面数据。

1.5 成果精度及分析

本项目共有19个评价用靶标控制点参与了车载点云精度评价。其中，车载点云平面精度0.028m，最大误差0.064m；高程精度0.011m，最大误差0.026m。综上，平差后的车载点云平面和高程精度均优于5cm和2cm的技术要求，因此可知由点云提取的路面特征点精度可满足平面精度5cm、高程精度2cm的技术要求。

2 结语

综上，结合GPS、RTK、车载LiDAR测量等新兴技术可以在不影响高速公路交通流的情况下高效获取精确的道路路面三维信息，为今后高速公路扩建勘测工作提供了一个新的技术手段。虽然车载LiDAR的手段作业效率高，但由于获取的路面激光点间距小于3cm，数据量较传统手段大得多。为此，如何高效、充分利用其成果数据，解决与现有高速公路改扩建勘测设计环节的有效衔接是下一步需要研究和解决的问题。

参考文献

[1] 马晶晶.高速公路扩建工程技术探讨[J].电脑知识与技术，2011，7（15）：3714-3715.

[2] 廖朝华，王家强，徐邦凯，等.沪宁高速公路扩建工程勘察设计关键技术问题及创新对策[J].现代交通技术，2006（5）：19-24.endprint