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摘要：首先介绍了机载激光雷达技术（LiDAR）的技术特点，并与传统的航空摄影测量技术进行了比较，在此基础上介绍了适合公路工程勘察设计的机载激光雷达测绘产品制作的工艺流程，并通过项目实例对LiDAR测绘产品进行了制图精度分析，提出相应提高精度的措施。
关键词：机载激光雷达；公路；勘测设计；制图精度
1、引言
机载激光雷达测量（LiDAR）技术作为一种国际领先的数据获取技术，完全不同于传统的航空摄影测量作业模式，它通过激光测距直接获取地面的三维坐标，从而为快速建立精准的数字地面模型创造了条件，能够缩短地形图成图周期，断面和工点测量更加快捷方便，在植被茂密、沙漠戈壁、高山峡谷等地区具有明显的优势。本文通过近年来我单位利用机载LiDAR技术在公路工程勘察设计中的应用实例，从与常规航空摄影技术优劣性比较，生产的主要产品类型精度进行分析，并提出了相关提高制图精度的各项措施。
2机载LiDAR技术特点
2.1与传统航空摄影测量比较
机载LiDAR测量技术与传统的航空摄影测量技术是相辅相成的，主要的技术不同处见表1：
2.2机载LiDAR技术优点
机载LiDAR直接获取的具有三维坐标信息的点，包含回波和强度信息，具有很高的高程信息，有利于地形细节的表达，经过滤波处理后的数据可以构建高质量的数字高程模型，为勘察设计工点图绘制、断面提取、三维设计提供高精度数据源。
2.3机载LiDAR技术缺点
较传统数码影像飞行效率较低，摄影成本较高，制图工序较传统摄影测量多，机载激光雷达系统的误差源较多，误差传播模型更为复杂，点云滤波分类算法不是特别成熟，有些地形特征关键点容易缺失。
3机载激光雷达测量技术测制测绘产品工艺流程
通过对多个工程项目的试验研究，总结出适合工程勘察设计的机载LiDAR技术内外业全流程的航测制图方法，工作流程主要包括接受任务—>技术设计书及策划书的编写—>航摄资料准备—>航带设计—>机场，航摄飞机选择，机载LiDAR设备安装调试—>航空摄影—>POS数据解算—>刺点片调绘片制作—>基础控制测量—>检校场测量—>像控点测量、地物调绘—>相机、激光检校—>空三加密—>激光点云分类—>地形图数据采集与编辑—>工点图绘制—>横纵断面图—>三维虚拟现实数据—>成果检查与验收等工序，具体见图1.1机载LiDAR技术航测制图流程图。
4机载LiDAR测绘产品制图精度分析
通过工程实践，利用LiDAR技术已成功用于多个工程项目的勘测设计项目，本文选择了两个典型地域不同的公路工程项目进行制图精度分析，参考的技术规范主要有CH/T8024-2011《机载激光雷达数据获取技术规范》、交通部颁《公路勘测规范》（JTGC10-2007）。
根据CH/T8024-2011《机载激光雷达数据获取技术规范》激光点云数据高程精度如下表2（单位：米）[1]：
在植被覆盖密集区域、反射率较低区域（如水域）等特殊困难地区，点云数据高程中误差可在上表的基础上放宽0.5倍，最大允许误差为上表中误差的2倍。
图1机载LIDAR技术内外业航测制图流程图
根据交通部颁《公路勘测规范》（JTGC10-2007）有关规定要求，横断面检测互差限差应符合下表3规定。
4.1南方植被茂密地区某公路项目
4.1.1项目概况
本项目位于广西壮族自治区东北部桂林地区，属中亚热带湿润季风气候，雨量充沛，地表植被茂密，沿线山高谷深，交通较为困难，采用了ALS70机载激光雷达（LiDAR）技术，完成了整个测区的飞行及数据预处理、资料整理、数据移交验收工作，获取的点云密度大于1.5个/m2，平均点间距0.7m；影像分辨率0.15m。主要完成相关的1:10000图、1:2000图、工点地形图、断面图等测绘。
4.1.2外业检测
分别在代表测区内地形地貌的平地、山区、无植被区、植被稀疏区、植被茂密区进行施测碎部点，现场实测了3553个GPSRTK高程点，实测点与激光点云数据对比如下表4所示
根据上述外业实测数据及激光点云数据对比分析
（1）点云数据与外业施测高程差值小于0.3米的点数占总点数（3548点）的80.4%；
（2）点云数据与外业施测高程差值小于0.5米的点数占总点数（3548点）的92.4%
（3）点云数据的高程中误差为±0.323米
4.1.3精度分析
根据测量数据统计结果，机载LiDAR测绘产品与地形、地表的植被覆盖度有关。
（1）平地和丘陵地区，由于地形起伏不大，其高程变化较小，机载LiDAR测绘产品（地形图、横断面）与实测的高程差值较小，精度较高；而山地和高山地，由于高程变化较大，特别梯田坎、陡坎和地形突变等区域，有极个别地形特征点上激光点云数据较少，影响和降低了个别地段制图精度。
（2）激光点云的精度和地表植被的易穿透程度有密切关系，在容易穿透的区域，由于到达地面的激光点多，机载LiDAR测绘产品精度较高；但在植被特别密集的区域，由于到达地面的激光点少，对机载LiDAR测绘产品精度有一定的影响。
4.2西北裸露地区某公路项目
4.2.1项目概况
该项目位于陕西北部铜川市境内，路线基本呈东西走向，处于关中平原向陕北黄土高原的过渡地带，地势西高东低，气候属暖温带大陆性气候，冬冷夏热，线路长度约50km，本项目采用了ALS70机载激光雷达（LiDAR）技术，完成了整个测区的飞行及数据预处理、资料整理、数据移交验收工作，获取的点云密度大于1.3个/m2，平均点间距0.8m；影像分辨率0.16m。
4.2.2外业检测
本项目由于在冬季进行航空摄影，部分测区有积雪，在高山区及沟壑的背阴区积雪现象比较普遍，在一定程度上影响了激光点云数据的精度。外业对试验段（K174~K195）进行检测，检测测量手段主要以全站仪、GPS-RTK实测为主。对检测的1222个中桩点与激光点云数据进行比对，评定其中误差，划分误差分布区间，其结果如下表5所示：
根据上述外业实测数据及激光点云数据对比分析
（1）点云数据与外业施测高程差值小于0.3米的点数占总点数（1222点）的89.5%；
（2）点云数据与外业施测高程差值小于0.5米的点数占总点数（1222点）的95.7%
（3）点云数据的高程中误差为±0.236米
4.2.3精度分析
（1）经过实地统计，互差较大的点绝大部分位于坎上或坎下等高差变化较大的地方，坎边、坎脚等地形特征由于激光点云不连续造成误差，在地形突变的位置不一定有点，附近缺少激光点，利用周围相关点内插出现较大的高程误差。其它因素引起的有因为植被较密，植被点剔除后，空白区域较大，因内插误差而引起。
（2）点云分类错误引起，把打在植被上的激光点数据当作地面点数据处理，导致地形变化异常，点云分类工作量大，缺少必要的检核条件，全凭作业员的经验和耐心。
5结语
机载激光雷达系统的误差源较多，误差传播模型更为复杂，点云分类滤波算法不成熟，作为一种新技术，还有许多发展空间，在现有技术基础上，通过对多个机载LIDAR技术航测制图项目经验总结，需要控制以下几个关键环节以便提高测绘产品的精度：
（1）航空摄影
获取正确、一定密度的地面激光点云是后续开展工作的基础，尽量选择合适的摄影季节进行航飞，避开有云雾、植被生长期季节，选择良好天气进行摄影，航带设计在满足安全航高及设备性能指标的条件下尽可能以提高激光扫描点密度为主。
（2）点云分类
激光点云分类算法不太成熟，要剔除植被、建筑物等人工地物，获取真实的地表模型，需技术人员进行人工精细分类，加强激光点云数据处理的技术交流，不断提高技术人员的质量意识和技术水平，提高激光点云滤波精度。
参考文献
[1]CHT8024-2011机载激光雷达数据获取技术规范[S].
[2]JTGC-10-2007公路勘测规范[S].
[3]高文峰，王长进.铁路勘测中使用机载激光雷达测绘横断面相关问题的探讨[J].铁路航测，2010.03-0013-02.
[4]韩祖杰，机载激光雷达技术在铁路勘察设计中的应用及效益分析[J].计算机光盘软件及应用，2011.03-0071-02.