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摘要：在我国公路工程项目实施过程中，通常需要到达一些山区，这些地区就有复杂的地形条件以及茂密的植被覆盖，在开展高速公路勘测设计工作中，仅仅依靠传统测量手段具有较高的工作难度，并且需要经历较长的工期，因此，在现阶段公路工程中逐渐开始尝试应用无人机载激光雷达技术，以此来开展山区高速公路勘测设计工作。
关键词：无人机;激光雷达;公路工程
引言
在近年来高速公路勘测设计工作中，逐渐开始越来越多的应用机载激光雷达技术，并且取得了较为理想的应用成效，并且带来了一定的社会效益。通过研究相关的实践项目可以发现，在一般的机载激光雷达应用中，都是采用了大飞机或者直升机，虽然可以显著提升测量精度和效率，但是也存在着起飞场地要求严格、飞机和设备准备周期较长、飞行成本高、航空空域協调困难等方面问题，而在具体的公路工程项目勘测工作中，具有的特点就是带状地形测量，在山区地区，更是具有复杂多变的线路设计，因此大型飞机就显得灵活性不足，在山区公路的带状地形测量工作中就不适宜应用。而随着现阶段无人机技术得到了快速发展，逐渐和激光雷达进行了结合，从而也进一步提升了测绘工作的效率。
1无人机载激光雷达技术
在对机载激光雷达进行应用过程中，其本身属于一种主动式的对地观测系统，在该项技术中集成了多项技术，主要包括全球定位系统、激光测距技术、计算机技术、惯性导航系统等等，可以对高精度和高分辨率的数字地面模型、地物的三维空间信息等进行直接获取，相比于传统摄影测量方法，具有着十分显著的应用优势。
在现阶段对无人机搭载激光雷达设备技术的应用过程中，通常都是采用垂直起降方式，在无人机机型方面，主要分为固定翼无人机、多旋翼无人机这两种。在固定翼无人机方面，具有较大的载重和体积，持续飞行时间较长，并且具有较强的抗风能力，在大面积的测图工作中较为适用;在多旋翼无人机方面，具有体积小、灵活性高、可靠性高、成本低、飞行高度低等方面特点，在一些小面积测图工作中较为适用。在两种机型的无人机设备中，都可以对激光雷达、数码相机设备进行同时搭载，可以获取到激光点云、影像数据，可以对公路勘测规划初步设计以及施工图设计等方面工作中提出的数据需求予以满足。
2无人机载激光雷达在公路工程中的应用技术流程
在公路工程项目中，公路勘测设计工作是一项主要工作内容，在该项工作中对无人机载激光雷达进行应用，主要包括是以下几方面流程。
2.1前期准备
在公路工程项目正式进行外业航飞工作以前，需要对相关准备工作予以落实。首先，需要针对公路设计区域的相关资料进行收集，并对无人机飞行空域进行申请。在开始无人机飞行作业之前，需要科学、详细的安排相应飞行计划，主要包括飞行航线、航带之间的重叠度、飞行速度以及飞行高度等方面内容，并针对无人机、相机设备、机载激光雷达设备、地面基站等相关的硬件设备进行准备。
2.2外业航飞
在对无人机飞行空域进行申请以后，就可以进入到测区现场，如果现场条件适宜，就可以开展后续的外业航飞作业了。但是在无人机设备正式起飞并进行作业以前，相关技术人员需要完成地面基站的架设工作，主要负责开展数据后期的差分解算工作。在实际布设地面基站过程中，针对布设距离需要控制在30公里以内，针对基站的数据采集工作，必须保证在启动激光雷达系统30分钟之前就开始对数据进行采集，在无人机航飞作业结束以后，仍然需要持续30分钟的时间对数据进行采集。在起飞之前，需要详细检查无人机设备的各项参数，保证可以按照预定计划顺利完成飞行任务。在妥善完成各项准备工作以后，按照预先设定好的航行路线进行飞行作业。
在无人机飞行作业完成以后，需要对数据质量、完整性等进行检查。在数据质量检查工作中，主要检查的内容包括了航带间数据匹配性、航带重叠度、点云数据密度是否满足要求、原始影像质量等方面内容，在数据完整性检查工作中，主要检查内容包括激光点云、影响数据是否对所需的全部范围进行了覆盖，以及检查影像数据是否存在丢失现象。如果经过检查以后，发现存在数据不满足相关要求的情况，就需要及时开展补飞、重飞等方面工作。
2.3点云数据处理
首先，需要进行点云数据预处理工作，针对无人机载激光雷达获取到的原始点云数据，需要首先实施预处理工作，也就是针对获取到的数据进行解算。针对机载激光雷达设备，在完成航飞作业以后，在获得的原始数据中，包含了激光雷达GPS数据、IMU惯导数据等内容，针对GPS数据，需要与地面基站数据实施差分处理，并且需要将差分成果利用起来，由IMU惯导数据联合起来进行解算，最终获得的点云数据中，会带有相应的位置信息。
其次，需要进行点云数据坐标转换工作，在针对点云数据实施预处理以后，所得到的点云数据坐标系统为WGS-84坐标系统UTM投影，高程为椭球高。在当前阶段我国规定的工程使用的坐标系统中，主要采用了CGCS2000系统高斯投影，在高程方面，主要采用1985国家高程系统，针对其中的点云数据，就需要进行相应的坐标转换。在坐标转换方法方面，通常情况下会选择使用七参数坐标转换方法，对不同坐标系下的相同控制点进行使用，并进行相应的七参数计算，获得相应的参数信息，并将其向软件中进行导入，从而完成对点云数据的坐标转换工作。
再者，就是需要进行点云数据分类工作，在针对激光雷达点云数据进行分类处理过程中，主要会选择使用Terrasolid软件，处理步骤如下：首先，按照范围针对点云数据实施分块;其次，借助滤波算法，将点云数据去除噪点，并进行批量粗分类处理，在妥善进行粗分类以后，针对点云数据采用人工方式实施地面点细分类处理;之后，就是最终对点云数据的细分类处理予以最终完成。
2.4基于点云数据及影像的数字产品制作
首先，需要对数字地面模型（DTM）进行制作，在山区通常具有较为复杂多变的地形，在很多山区地区，具有较为破碎的地貌特征，为了保证对DTM数据进行高精度的获取，通常会选择导出地面点云数据，并将其用于在后期进行建模。但是通常情况下，激光点云密度大、具有较大的数据量，后期利用软件处理起来效率也较低，在一些地区，数据存在一定的剩余，因此，通过将Terrasolid软件利用起来，对地面关键点进行提取，对容差、间隔距离等参数进行参数，之后对关键点进行提取。通过这种方式，可以对精度予以保证，并且对数据量予以了显著降低，在完成以后对DWG格式进行导出，就可以在公路设计软件中进行直接使用。
结语
现阶段，越来越多的电力设计院、公路设计院、铁路设计院将无人机航测技术大量运用于工程项目中，而我们公司对无人机航测技术的研究还处于起步阶段。为了加强对无人机航测技术的了解，为了推广其在公路设计项目中的应用，为了缩小我们公司与大型设计院间的差距，开展无人机机载激光雷达在勘察设计中的应用研究是十分必要的。
参考文献
[1]谢正雄.无人机测量技术在复杂公路中的应用研究[J].中国新技术新产品，2019（17）：23-24.
[2]丁瑞，赵剑.地质雷达检测技术在公路工程检测中的应用[J].建筑技术开发，2019，46（21）：117-118.
[3]夏永峰.无人机测绘成果在公路测量中的应用研究[J].智能城市，2020，6（13）：53-54.
[4]刘亚楠.无人机航测系统在公路带状地形测量中的应用分析[J].工程建设与设计，2020（16）：234-235.
[5]李建明.雷达技术在公路工程隧道无损检测中的应用研究[J].居舍，2021（09）：169-170.
关键词：无人机;激光雷达;公路工程
引言
在近年来高速公路勘测设计工作中，逐渐开始越来越多的应用机载激光雷达技术，并且取得了较为理想的应用成效，并且带来了一定的社会效益。通过研究相关的实践项目可以发现，在一般的机载激光雷达应用中，都是采用了大飞机或者直升机，虽然可以显著提升测量精度和效率，但是也存在着起飞场地要求严格、飞机和设备准备周期较长、飞行成本高、航空空域協调困难等方面问题，而在具体的公路工程项目勘测工作中，具有的特点就是带状地形测量，在山区地区，更是具有复杂多变的线路设计，因此大型飞机就显得灵活性不足，在山区公路的带状地形测量工作中就不适宜应用。而随着现阶段无人机技术得到了快速发展，逐渐和激光雷达进行了结合，从而也进一步提升了测绘工作的效率。
1无人机载激光雷达技术
在对机载激光雷达进行应用过程中，其本身属于一种主动式的对地观测系统，在该项技术中集成了多项技术，主要包括全球定位系统、激光测距技术、计算机技术、惯性导航系统等等，可以对高精度和高分辨率的数字地面模型、地物的三维空间信息等进行直接获取，相比于传统摄影测量方法，具有着十分显著的应用优势。
在现阶段对无人机搭载激光雷达设备技术的应用过程中，通常都是采用垂直起降方式，在无人机机型方面，主要分为固定翼无人机、多旋翼无人机这两种。在固定翼无人机方面，具有较大的载重和体积，持续飞行时间较长，并且具有较强的抗风能力，在大面积的测图工作中较为适用;在多旋翼无人机方面，具有体积小、灵活性高、可靠性高、成本低、飞行高度低等方面特点，在一些小面积测图工作中较为适用。在两种机型的无人机设备中，都可以对激光雷达、数码相机设备进行同时搭载，可以获取到激光点云、影像数据，可以对公路勘测规划初步设计以及施工图设计等方面工作中提出的数据需求予以满足。
2无人机载激光雷达在公路工程中的应用技术流程
在公路工程项目中，公路勘测设计工作是一项主要工作内容，在该项工作中对无人机载激光雷达进行应用，主要包括是以下几方面流程。
2.1前期准备
在公路工程项目正式进行外业航飞工作以前，需要对相关准备工作予以落实。首先，需要针对公路设计区域的相关资料进行收集，并对无人机飞行空域进行申请。在开始无人机飞行作业之前，需要科学、详细的安排相应飞行计划，主要包括飞行航线、航带之间的重叠度、飞行速度以及飞行高度等方面内容，并针对无人机、相机设备、机载激光雷达设备、地面基站等相关的硬件设备进行准备。
2.2外业航飞
在对无人机飞行空域进行申请以后，就可以进入到测区现场，如果现场条件适宜，就可以开展后续的外业航飞作业了。但是在无人机设备正式起飞并进行作业以前，相关技术人员需要完成地面基站的架设工作，主要负责开展数据后期的差分解算工作。在实际布设地面基站过程中，针对布设距离需要控制在30公里以内，针对基站的数据采集工作，必须保证在启动激光雷达系统30分钟之前就开始对数据进行采集，在无人机航飞作业结束以后，仍然需要持续30分钟的时间对数据进行采集。在起飞之前，需要详细检查无人机设备的各项参数，保证可以按照预定计划顺利完成飞行任务。在妥善完成各项准备工作以后，按照预先设定好的航行路线进行飞行作业。
在无人机飞行作业完成以后，需要对数据质量、完整性等进行检查。在数据质量检查工作中，主要检查的内容包括了航带间数据匹配性、航带重叠度、点云数据密度是否满足要求、原始影像质量等方面内容，在数据完整性检查工作中，主要检查内容包括激光点云、影响数据是否对所需的全部范围进行了覆盖，以及检查影像数据是否存在丢失现象。如果经过检查以后，发现存在数据不满足相关要求的情况，就需要及时开展补飞、重飞等方面工作。
2.3点云数据处理
首先，需要进行点云数据预处理工作，针对无人机载激光雷达获取到的原始点云数据，需要首先实施预处理工作，也就是针对获取到的数据进行解算。针对机载激光雷达设备，在完成航飞作业以后，在获得的原始数据中，包含了激光雷达GPS数据、IMU惯导数据等内容，针对GPS数据，需要与地面基站数据实施差分处理，并且需要将差分成果利用起来，由IMU惯导数据联合起来进行解算，最终获得的点云数据中，会带有相应的位置信息。
其次，需要进行点云数据坐标转换工作，在针对点云数据实施预处理以后，所得到的点云数据坐标系统为WGS-84坐标系统UTM投影，高程为椭球高。在当前阶段我国规定的工程使用的坐标系统中，主要采用了CGCS2000系统高斯投影，在高程方面，主要采用1985国家高程系统，针对其中的点云数据，就需要进行相应的坐标转换。在坐标转换方法方面，通常情况下会选择使用七参数坐标转换方法，对不同坐标系下的相同控制点进行使用，并进行相应的七参数计算，获得相应的参数信息，并将其向软件中进行导入，从而完成对点云数据的坐标转换工作。
再者，就是需要进行点云数据分类工作，在针对激光雷达点云数据进行分类处理过程中，主要会选择使用Terrasolid软件，处理步骤如下：首先，按照范围针对点云数据实施分块;其次，借助滤波算法，将点云数据去除噪点，并进行批量粗分类处理，在妥善进行粗分类以后，针对点云数据采用人工方式实施地面点细分类处理;之后，就是最终对点云数据的细分类处理予以最终完成。
2.4基于点云数据及影像的数字产品制作
首先，需要对数字地面模型（DTM）进行制作，在山区通常具有较为复杂多变的地形，在很多山区地区，具有较为破碎的地貌特征，为了保证对DTM数据进行高精度的获取，通常会选择导出地面点云数据，并将其用于在后期进行建模。但是通常情况下，激光点云密度大、具有较大的数据量，后期利用软件处理起来效率也较低，在一些地区，数据存在一定的剩余，因此，通过将Terrasolid软件利用起来，对地面关键点进行提取，对容差、间隔距离等参数进行参数，之后对关键点进行提取。通过这种方式，可以对精度予以保证，并且对数据量予以了显著降低，在完成以后对DWG格式进行导出，就可以在公路设计软件中进行直接使用。
结语
现阶段，越来越多的电力设计院、公路设计院、铁路设计院将无人机航测技术大量运用于工程项目中，而我们公司对无人机航测技术的研究还处于起步阶段。为了加强对无人机航测技术的了解，为了推广其在公路设计项目中的应用，为了缩小我们公司与大型设计院间的差距，开展无人机机载激光雷达在勘察设计中的应用研究是十分必要的。
参考文献
[1]谢正雄.无人机测量技术在复杂公路中的应用研究[J].中国新技术新产品，2019（17）：23-24.
[2]丁瑞，赵剑.地质雷达检测技术在公路工程检测中的应用[J].建筑技术开发，2019，46（21）：117-118.
[3]夏永峰.无人机测绘成果在公路测量中的应用研究[J].智能城市，2020，6（13）：53-54.
[4]刘亚楠.无人机航测系统在公路带状地形测量中的应用分析[J].工程建设与设计，2020（16）：234-235.
[5]李建明.雷达技术在公路工程隧道无损检测中的应用研究[J].居舍，2021（09）：169-170.