一种公路公路地面线数据的自动生成系统及方法与流程

本发明涉及测绘领域，具体涉及到一种公路公路地面线数据的自动生成系统及方法。

背景技术：

目前公路勘察设计中获取地面线信息效率低、精度低。目前主流的方法是利用全站仪或实时差分定位技术(rael-timekinematic,rtk)先放样出中桩，然后再利用rtk测出每个横断面的高程。然而，这种方式采用单点接触测量，导致其作业速度较慢，同时由于勘测区域内天气、交通以及地形困难程度等自然条件的限制，容易造成测绘成果精度不高，工期难以保证，勘测成本加大的不良后果。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种公路地面线数据的自动生成系统及方法，本发明的系统可以进行设计地面线的快速自动提取，提高公路勘测设计的效率，节省外业测量成本，并实现激光雷达测量与公路施工图设计的一体化。

本发明提供了一种公路地面线数据的自动生成系统，包括：

激光雷达，所述激光雷达用于获得地面线的点云数据；

数据处理系统，所述数据处理系统用于对上述获得的点云数据进行处，以及根据点云数据中的地面类点进行数据建模和高程内插获得地面线；

检查和编辑系统，所述检查和编辑系统用于将所述获得的地面线在可视化图形环境中进行绘制，通过叠加lidar点云和dom数据，对生成的地面线进行可视化检查和编辑，最终生成地面线数据，所述检查和编辑系统连接有数据层、服务层和用户层。

上述的生成系统，其中，所述激光雷达用于获得地面线的点云数据包括：确定路线方案，所述确定路线方案通过若干个中桩坐标点进行表达；

根据上述的中桩坐标生成各个线路的中线，沿着路线的前进方向按相应间隔生成垂直于路线的矩形格网。

上述的生成系统，其中，所述数据处理系统用于对上述获得的点云数据进行处，以及根据点云数据中的地面类点进行数据建模和高程内插获得地面线包括：

根据提供的中桩坐标生成地面线的剖线，设置阈值t1，提取到横断面剖线平面距离小于t1的分类后激光点，并作为生成地面线的备选点。

上述的生成系统，其中，所述根据点云数据中的地面类点进行数据建模和高程内插获得地面线包括：

将提取出到横断面剖线平面距离小于t1范围内的激光点在平面上向地面线剖面线作垂线，根据垂线距离的大小设定阈值t2(t2<t1)，将到剖面线距离在t2范围内的点，以垂足点的平面位置和激光点的高程作为地面线上的点，并生成初始地面线；

对初始地面线上的点按找地面线方向排序并进行扫描，若是发现空洞较大区域，由到剖面线距离在[t2,t1]内的地面点投影到地面线剖面线上进行填充，其高程则由周围提取出的地面点建模内插，常用的三维数字地面模型有不规则三角网模型和格网模型，采用三角网模型分别对各个地面线附近的地面点进行地形建模，根据三角网插值法进行点高程的内插，最后输出设计地面线。

上述的生成系统，其中，所述数据层包括机载lidar系统采集获取的lidar点云数据和dom数据，以及设计所需要的中桩信息数据；所述服务层在可视化的图形平台上，为用户提供点云分类处理、点云提取处理、地面线生成和简化服务；用户层是通过数据交互和参数设置调用服务层的各项功能和服务来处理数据层中的数据，并在视图窗口中直观显示。

上述的生成系统，其中，所述检查和编辑系统还将地面线数据与lidar点云数据和dom数据直接进行叠加显示，进而通过点云和dom影像对生成的地面线数据作进一步的检查和编辑工作，进而生成更准确更符合真实地表的地面线数据。

本发明的另一面，一种公路地面线数据的自动生成方法，包括以下步骤:

基于激光雷达获得地面线的点云数据；

对上述获得的点云数据进行处理；

根据点云数据中的地面类点进行数据建模和高程内插获得地面线；

将所述获得的地面线在可视化图形环境中进行绘制，通过叠加lidar点云和dom数据，对生成的地面线进行可视化检查和编辑，最终生成地面线数据。

上述的方法，其中，所述基于激光雷达获得地面线的点云数据的步骤包括：

确定路线方案，所述确定路线方案通过若干个中桩坐标点进行表达；

根据上述的中桩坐标生成各个线路的中线，沿着路线的前进方向按相应间隔生成垂直于路线的矩形格网。

上述的方法，其中，所述对上述获得的点云数据进行处理的步骤包括：

根据提供的中桩坐标生成地面线的剖线，设置阈值t1，提取到横断面剖线平面距离小于t1的分类后激光点，并作为生成地面线的备选点。

上述的方法，其中，所述根据点云数据中的地面类点进行数据建模和高程内插获得地面线的步骤包括：

将提取出到横断面剖线平面距离小于t1范围内的激光点在平面上向地面线剖面线作垂线，根据垂线距离的大小设定阈值t2(t2<t1)，将到剖面线距离在t2范围内的点，以垂足点的平面位置和激光点的高程作为地面线上的点，并生成初始地面线；

对初始地面线上的点按找地面线方向排序并进行扫描，若是发现空洞较大区域，由到剖面线距离在[t2,t1]内的地面点投影到地面线剖面线上进行填充，其高程则由周围提取出的地面点建模内插，常用的三维数字地面模型有不规则三角网模型和格网模型，采用三角网模型分别对各个地面线附近的地面点进行地形建模，根据三角网插值法进行点高程的内插，最后输出设计地面线。

本发明具有以下优点：

1、本发明的系统可以进行设计地面线的快速自动提取，提高公路勘测设计的效率，节省外业测量成本，并实现激光雷达测量与公路施工图设计的一体化；在构造物比较多的地区，该系统生成的地面线相比较数模内插的方法而言，更准确的反映了微地貌真实的地表信息；该系统生成断面地面线的方法可替代人工实测，该文方法生成23550个断面并检查仅需1～2h，而野外实测一人一天仅可测得40个断面，效率得到大大地提高；在困难复杂地区，利用传统方法在花费大量人力、物力的情况下仍无法准确的采集公路设计所需的地表信息，而本系统基于高精度lidar数据可以克服植被茂密的影响，准确获取满足高速公路改扩建详测与施工图设计要求的地表信息。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明提供的一种公路地面线数据的自动生成系统的结构框图。

图2为本发明提供的一种公路地面线数据的自动生成方法的流程示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

参照图1-图2所示，本发明提供了一种公路地面线数据的自动生成系统，包括：

激光雷达，所述激光雷达用于获得地面线的点云数据，其中包括：确定路线方案，所述确定路线方案通过若干个中桩坐标点进行表达；根据上述的中桩坐标生成各个线路的中线，沿着路线的前进方向按相应间隔生成垂直于路线的矩形格网，进一步，当用户进行空间查询时，除了可以根据点的坐标和范围进行查询，也可以通过桩号进行查询，为后续工作中激光点云数据的快速提取提供基础。

数据处理系统，所述数据处理系统用于对上述获得的点云数据进行处，以及根据点云数据中的地面类点进行数据建模和高程内插获得地面线，也就是说，由于lidar点云数据具有密度大、精度高等特点，地面线形态可直接由地面线周围的地面点进行表达，点云提取在分类后点云的基础上，根据提供的中桩坐标文件生成地面线的剖线，设置阈值t1，提取到横断面剖线平面距离小于t1的分类后激光点，并作为生成地面线的备选点。

进一步，根据点云数据中的地面类点进行数据建模和高程内插获得地面线，具体包括：将提取出到横断面剖线平面距离小于t1范围内的激光点在平面上向地面线剖面线作垂线，根据垂线距离的大小设定阈值t2(t2<t1)，将到剖面线距离在t2范围内的点，以垂足点的平面位置和激光点的高程作为地面线上的点，并生成初始地面线；

对初始地面线上的点按找地面线方向排序并进行扫描，若是发现空洞较大区域，由到剖面线距离在[t2,t1]内的地面点投影到地面线剖面线上进行填充，其高程则由周围提取出的地面点建模内插，常用的三维数字地面模型有不规则三角网模型和格网模型，采用三角网模型分别对各个地面线附近的地面点进行地形建模，根据三角网插值法进行点高程的内插，最后输出设计地面线。

检查和编辑系统，所述检查和编辑系统用于将所述获得的地面线在可视化图形环境中进行绘制，通过叠加lidar点云和dom数据，对生成的地面线进行可视化检查和编辑，最终生成地面线数据，其中包括：地面线自动提取系统的设计目标是通过充分利用lidar点云数据高精度、高密度的特点，实现快速的自动提取地面线，并可在可视化环境对地面线数据进行快速检查和自由编辑。按照系统设计的目标，将系统分为数据层、服务层和用户层，进一步优选，数据层主要是包括机载lidar系统采集获取的lidar点云数据和dom数据，以及设计所需要的中桩信息等数据；服务层主要在可视化的图形平台上，为用户提供点云分类处理、点云提取处理、地面线生成和简化等服务；用户层主要是通过数据交互和参数设置等调用服务层的各项功能和服务来处理数据层中的数据，并在视图窗口中直观显示。

在本发明一优选但非限制的实施例中，所述检查和编辑系统还将地面线数据与lidar点云数据和dom数据直接进行叠加显示，进而通过点云和dom影像对生成的地面线数据作进一步的检查和编辑工作，进而生成更准确更符合真实地表的地面线数据，以及本发明可对任意中桩任意方向的地面线进行采集，在参数设置中根据实际设计的需求，设置地面线采集的范围和宽度，并根据生成的地面剖面线对分类后的点云数据进行提取，得到备选点数据，进一步优选，根据提取出的备选点数据，该系统可进一步快速自动生成地面线数据，其输出的地面线成果主要是文本格式表示，利用microstation平台的数据接口，该系统也可将地面线数据与lidar点云数据和dom数据直接进行叠加显示，进而通过点云和dom影像对生成的地面线数据作进一步的检查和编辑工作，进而生成更准确更符合真实地表的地面线数据。

本发明的另一面，一种公路地面线数据的自动生成方法，包括以下步骤：

步骤s1：基于激光雷达获得地面线的点云数据，其中包括：确定路线方案，所述确定路线方案通过若干个中桩坐标点进行表达；根据上述的中桩坐标生成各个线路的中线，沿着路线的前进方向按相应间隔生成垂直于路线的矩形格网，进一步，当用户进行空间查询时，除了可以根据点的坐标和范围进行查询，也可以通过桩号进行查询，为后续工作中激光点云数据的快速提取提供基础。

步骤s2：对上述获得的点云数据进行处理，其中包括：根据提供的中桩坐标生成地面线的剖线，设置阈值t1，提取到横断面剖线平面距离小于t1的分类后激光点，并作为生成地面线的备选点，也就是说，由于lidar点云数据具有密度大、精度高等特点，地面线形态可直接由地面线周围的地面点进行表达，点云提取在分类后点云的基础上，根据提供的中桩坐标文件生成地面线的剖线，设置阈值t1，提取到横断面剖线平面距离小于t1的分类后激光点，并作为生成地面线的备选点。

步骤s3：根据点云数据中的地面类点进行数据建模和高程内插获得地面线，具体包括：将提取出到横断面剖线平面距离小于t1范围内的激光点在平面上向地面线剖面线作垂线，根据垂线距离的大小设定阈值t2(t2<t1)，将到剖面线距离在t2范围内的点，以垂足点的平面位置和激光点的高程作为地面线上的点，并生成初始地面线；

对初始地面线上的点按找地面线方向排序并进行扫描，若是发现空洞较大区域，由到剖面线距离在[t2,t1]内的地面点投影到地面线剖面线上进行填充，其高程则由周围提取出的地面点建模内插，常用的三维数字地面模型有不规则三角网模型和格网模型，采用三角网模型分别对各个地面线附近的地面点进行地形建模，根据三角网插值法进行点高程的内插，最后输出设计地面线。

步骤s4：将所述获得的地面线在可视化图形环境中进行绘制，通过叠加lidar点云和dom数据，对生成的地面线进行可视化检查和编辑，最终生成地面线数据，其中包括：地面线自动提取系统的设计目标是通过充分利用lidar点云数据高精度、高密度的特点，实现快速的自动提取地面线，并可在可视化环境对地面线数据进行快速检查和自由编辑。按照系统设计的目标，将系统分为数据层、服务层和用户层，进一步优选，数据层主要是包括机载lidar系统采集获取的lidar点云数据和dom数据，以及设计所需要的中桩信息等数据；服务层主要在可视化的图形平台上，为用户提供点云分类处理、点云提取处理、地面线生成和简化等服务；用户层主要是通过数据交互和参数设置等调用服务层的各项功能和服务来处理数据层中的数据，并在视图窗口中直观显示。

依据本发明的举出一具体的实施例：

以广西柳州至南宁高速公路改扩建工程为例，在植被覆盖特别严重的10km路段分别利用该软件和数模内插生成两组地面线，并进行野外实测检验，将两组断面与野外实测断面进行对比，该软件生成的设计地面线信息精度得到明显提高，生成断面合格率也高达99.6％，完全满足公路改扩建勘测设计详测与施工图设计的要求；通过对比分析，本发明系统自动提取设计地面线数据具有以下优点：

1)精度高。在构造物比较多的地区，该系统生成的地面线相比较数模内插的方法而言，更准确的反映了微地貌真实的地表信息。

2)效率高。该方法生成断面地面线的方法可替代人工实测，该文方法生成23550个断面并检查仅需1～2h，而野外实测一人一天仅可测得40个断面，效率得到大大地提高。

3)在困难复杂地区，利用传统方法在花费大量人力、物力的情况下仍无法准确的采集公路设计所需的地表信息，而本方法基于高精度lidar数据可以克服植被茂密的影响，准确获取满足高速公路改扩建详测与施工图设计要求的地表信息。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。