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摘要：利用车载激光扫描系统，以提高安全性、效率、灵活性和数据可重复使用性为目的，实现了道路清查和健康监测。车载激光扫描技术应用于道路测量的方法和关键技术难点的解决方案，既实现了激光点云数据的快速获取，又提高了点云精度的控制。鉴于此，本文主要分析车载激光扫描技术在公路测量中的研究及应用。
关键词：公路测量；车载激光扫描技术；应用
1、引言
道路是城市环境中最具活力的区域，也是城市的血管。疏通城市的“毛细血管”，有利于提升路网功能，为市民出行提供安全、畅通、高效、舒适的通行环境，促进区域经济发展。由于自然和（或）人为压力的不断增加，如泥沙、地下水或天然气开采、结构老化、重载卡车超载、地下建筑、湿气腐蚀或设计缺陷，路面和民用基础设施正在逐渐恶化，可能会造成灾难性的结构破坏，导致巨大的人身和经济损失。城市道路的健康监测包括建立城市道路清单、动态掌握道路及沿线设施的现状、分析和预测可能发生的风险、及时发现和修补损坏、美化绿化景观等诸多方面。城市道路及其沿线设施的养护是一项任务繁杂、系统性强的工作。
2、车载激光扫描技术概述
三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。它突破了传统的单点测量方法，具有高精度、高分辨率、高自动化且高效率的独特优势。激光探测及测距系统（LiDAR，Light Detectionand Ranging）是一种主动遥感设备，集激光扫描仪、全球定位系统和惯性导航系统技术于一身，同时配备高分辨率数码相机，可实现对目标的同步测量，生成高密度激光点云数据，已成为世界各国进行大面积地表数据采集的主流与趋势。将LiDAR搭载在机动车上，可以快速、高密度、低成本、高精度、高自动化地完成道路及其沿线的设施的三维信息采集，丰富了数据表现力，进而弥补现有健康监测方式的不足。
车载激光扫描系统具有的特点见表1。
表1车载激光扫描系统具有的特点
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3、公路测量中的常见问题分析
在公路工程项目建设过程中，测量是一项非常重要的工作，与施工质量密切相关，但由于受到部分因素的影响，使得测量中常常会出现问题，其中较具代表性的有以下几个方面：
3.1操作标准问题
在公路建设中，测量人员对操作标准的掌握和执行程度直接影响测量精准度。但是，部分测量人员未能做到在设计图纸上进行细致对比，对公路施工路线的确认存在一定偏差。尤其在纵横面测量、主要施工点测量、控制网点地物高测量中，未能认真按照施工图纸和操作标准进行操作，易使坐标放样和高程计算中出现较大误差。
3.2仪器设备问题
公路测量设备未按照说明书规范使用，在使用之前，没有派专人调试设备，难以保证设备的精准度，对测量结果带来一定程度影响；测量设备日常管理不到位，忽视设备维护工作，降低了设备测量精准度；部分施工单位为节省资金，没有及时更新测量设备，使得部分测量设备的技术性能较为落后；在公路施工中，部分测量人员未能掌握设备的操作流程，影响测量结果；测量设备属于精密仪器，在长期处于野外作业的环境下，会受到温湿度、电磁等因素的影响，降低测量精度。
4、车载激光扫描技术在公路测量中的应用
某两条公路地形地貌相似的特点，设计利用集成的车载激光扫描系统和传统野外测绘两种方法，实现县道两侧各200m范围内道路地形数据的自动获取和中桩、断面测量，并根据项目施工测量过程，研究车载激光扫描技术流程和验证车载激光扫描技术在道路测量应用中的技术优势和缺陷。
4.1测区交通条件较差
测区位于平均海拔4700m的高原地区，最高处海拔超过5000m，现场空气稀薄，地势落差较大，气候多变，一天中温差巨大，加上测区交通条件较差，道路崎岖颠簸，容易造成外业作业人员冻伤和缺氧。为了减少外业作业工作量和提高工作效率，保证施工进度，考虑采用无人机测绘技术和新型车载激光扫描技术，同样因气温地下，气候多变，航线落差较大，无法保证无人机的稳定性型，难以进行高效的作业，经实地实验和技术路线研究分析，采用稳定性更强的车载激光扫描技术，选用仪器工作温度在-40℃～50℃，存储温度在-40℃～70℃，具备IP65级防尘、防水。
4.2基准站布设
作业区未收集到国家级、省级控制点和水准点，无法利用已有的测量控制点作为起算点，采用多台GPS静态同步观测的方法，埋设首级控制点，并在X1、X2线路建立相对独立坐标系，坐标系采用与GPS同步的WGS84坐标系，3°带，中央子午线为92°30′00″，投影面为4700m测区平均高程面，以保证数据成果精度。
4.3激光扫描靶标布设
激光扫描仪坐标系与惯导坐标系的原点与坐标轴指向不完全一致，因此GPS/IMU组合定位定姿系统提供的位置与姿态不能直接用于车载激光点云的解算，在车载激光扫描系统正式投入使用前，需要对激光扫描仪坐标系与惯导坐标系之间的相对位置关系进行标定，通常通过三维控制点进行车载激光扫描系统的标定。为了对车载激光扫描系统进行高精度的标定，在道路的两侧等间隔布设一对靶标点。
4.4扫描盲区处理
激光测量的一大难点是测量的死角问题，将激光扫描仪安装在移动车辆上，受车辆高度和扫描仪安装位置的限制，激光扫描仪部分视场被遮挡，从而会产生一定的扫描盲区。同时道路的沿线交通工程设施，如护栏、广告牌、桥梁等构筑物的遮挡，也会产生一些激光扫描盲区，盲区会造成点云空洞。本研究为了保障扫描数据的完整性，作业时在车顶部抬高底座，提高激光扫描仪的安装高度，设计上安装2个激光扫描探头，采用沿道路双向来回扫描，同时利用GPS-RTK补充采集漏洞区域，完成道路两侧地形图的完整测绘，在DEM构建时，采用高程内插的方式，内插出盲区的DEM，以提高作业效率。
4.5车载激光扫描数据的处理
对于纠偏校正后的三维激光点云数据，由于其存在大量的无用点云数据(道路两旁点云数据、植被点云数据、顶部架桥点云数据等)，本项目采用高程分类、区域高差分类方法，辅以车载相机所记录的行车影像进行人工干预，通过人机交互技术手段，对点云数据进行准确的分类。此作业目的在于减少点云数据量，排除干扰点云数据，便于后期路面特征点提取工作。
5、结束语
该文利用车载激光扫描系统，以提高安全性、效率、灵活性和数据可重复使用性为目的，实现了道路清查和健康监测。通过高速公路改造实例证明，高清全景图可用于道路清查和健康监测，此方法能快速、直观地识别影响城市外观的环境问题，及时发现路面和道路部件的损毁，为有关部分提供及时可靠的决策依据，提高了工作效率，节省了人力、物力，对于提高道路健康监测的效率及自动化水平具有十分重要的作用。
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