本發(fā)明涉及測繪領(lǐng)域，具體涉及到一種公路公路地面線數(shù)據(jù)的自動生成系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

目前公路勘察設(shè)計中獲取地面線信息效率低、精度低。目前主流的方法是利用全站儀或?qū)崟r差分定位技術(shù)(rael-timekinematic,rtk)先放樣出中樁，然后再利用rtk測出每個橫斷面的高程。然而，這種方式采用單點接觸測量，導(dǎo)致其作業(yè)速度較慢，同時由于勘測區(qū)域內(nèi)天氣、交通以及地形困難程度等自然條件的限制，容易造成測繪成果精度不高，工期難以保證，勘測成本加大的不良后果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種公路地面線數(shù)據(jù)的自動生成系統(tǒng)及方法，本發(fā)明的系統(tǒng)可以進行設(shè)計地面線的快速自動提取，提高公路勘測設(shè)計的效率，節(jié)省外業(yè)測量成本，并實現(xiàn)激光雷達測量與公路施工圖設(shè)計的一體化。

本發(fā)明提供了一種公路地面線數(shù)據(jù)的自動生成系統(tǒng)，包括：

激光雷達，所述激光雷達用于獲得地面線的點云數(shù)據(jù)；

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于對上述獲得的點云數(shù)據(jù)進行處，以及根據(jù)點云數(shù)據(jù)中的地面類點進行數(shù)據(jù)建模和高程內(nèi)插獲得地面線；

檢查和編輯系統(tǒng)，所述檢查和編輯系統(tǒng)用于將所述獲得的地面線在可視化圖形環(huán)境中進行繪制，通過疊加lidar點云和dom數(shù)據(jù)，對生成的地面線進行可視化檢查和編輯，最終生成地面線數(shù)據(jù)，所述檢查和編輯系統(tǒng)連接有數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和用戶層。

上述的生成系統(tǒng)，其中，所述激光雷達用于獲得地面線的點云數(shù)據(jù)包括：確定路線方案，所述確定路線方案通過若干個中樁坐標(biāo)點進行表達；

根據(jù)上述的中樁坐標(biāo)生成各個線路的中線，沿著路線的前進方向按相應(yīng)間隔生成垂直于路線的矩形格網(wǎng)。

上述的生成系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于對上述獲得的點云數(shù)據(jù)進行處，以及根據(jù)點云數(shù)據(jù)中的地面類點進行數(shù)據(jù)建模和高程內(nèi)插獲得地面線包括：

根據(jù)提供的中樁坐標(biāo)生成地面線的剖線，設(shè)置閾值t1，提取到橫斷面剖線平面距離小于t1的分類后激光點，并作為生成地面線的備選點。

上述的生成系統(tǒng)，其中，所述根據(jù)點云數(shù)據(jù)中的地面類點進行數(shù)據(jù)建模和高程內(nèi)插獲得地面線包括：

將提取出到橫斷面剖線平面距離小于t1范圍內(nèi)的激光點在平面上向地面線剖面線作垂線，根據(jù)垂線距離的大小設(shè)定閾值t2(t2<t1)，將到剖面線距離在t2范圍內(nèi)的點，以垂足點的平面位置和激光點的高程作為地面線上的點，并生成初始地面線；

對初始地面線上的點按找地面線方向排序并進行掃描，若是發(fā)現(xiàn)空洞較大區(qū)域，由到剖面線距離在[t2,t1]內(nèi)的地面點投影到地面線剖面線上進行填充，其高程則由周圍提取出的地面點建模內(nèi)插，常用的三維數(shù)字地面模型有不規(guī)則三角網(wǎng)模型和格網(wǎng)模型，采用三角網(wǎng)模型分別對各個地面線附近的地面點進行地形建模，根據(jù)三角網(wǎng)插值法進行點高程的內(nèi)插，最后輸出設(shè)計地面線。

上述的生成系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)層包括機載lidar系統(tǒng)采集獲取的lidar點云數(shù)據(jù)和dom數(shù)據(jù)，以及設(shè)計所需要的中樁信息數(shù)據(jù)；所述服務(wù)層在可視化的圖形平臺上，為用戶提供點云分類處理、點云提取處理、地面線生成和簡化服務(wù)；用戶層是通過數(shù)據(jù)交互和參數(shù)設(shè)置調(diào)用服務(wù)層的各項功能和服務(wù)來處理數(shù)據(jù)層中的數(shù)據(jù)，并在視圖窗口中直觀顯示。

上述的生成系統(tǒng)，其中，所述檢查和編輯系統(tǒng)還將地面線數(shù)據(jù)與lidar點云數(shù)據(jù)和dom數(shù)據(jù)直接進行疊加顯示，進而通過點云和dom影像對生成的地面線數(shù)據(jù)作進一步的檢查和編輯工作，進而生成更準(zhǔn)確更符合真實地表的地面線數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的另一面，一種公路地面線數(shù)據(jù)的自動生成方法，包括以下步驟:

基于激光雷達獲得地面線的點云數(shù)據(jù)；

對上述獲得的點云數(shù)據(jù)進行處理；

根據(jù)點云數(shù)據(jù)中的地面類點進行數(shù)據(jù)建模和高程內(nèi)插獲得地面線；

將所述獲得的地面線在可視化圖形環(huán)境中進行繪制，通過疊加lidar點云和dom數(shù)據(jù)，對生成的地面線進行可視化檢查和編輯，最終生成地面線數(shù)據(jù)。

上述的方法，其中，所述基于激光雷達獲得地面線的點云數(shù)據(jù)的步驟包括：

確定路線方案，所述確定路線方案通過若干個中樁坐標(biāo)點進行表達；

根據(jù)上述的中樁坐標(biāo)生成各個線路的中線，沿著路線的前進方向按相應(yīng)間隔生成垂直于路線的矩形格網(wǎng)。

上述的方法，其中，所述對上述獲得的點云數(shù)據(jù)進行處理的步驟包括：

根據(jù)提供的中樁坐標(biāo)生成地面線的剖線，設(shè)置閾值t1，提取到橫斷面剖線平面距離小于t1的分類后激光點，并作為生成地面線的備選點。

上述的方法，其中，所述根據(jù)點云數(shù)據(jù)中的地面類點進行數(shù)據(jù)建模和高程內(nèi)插獲得地面線的步驟包括：

將提取出到橫斷面剖線平面距離小于t1范圍內(nèi)的激光點在平面上向地面線剖面線作垂線，根據(jù)垂線距離的大小設(shè)定閾值t2(t2<t1)，將到剖面線距離在t2范圍內(nèi)的點，以垂足點的平面位置和激光點的高程作為地面線上的點，并生成初始地面線；

對初始地面線上的點按找地面線方向排序并進行掃描，若是發(fā)現(xiàn)空洞較大區(qū)域，由到剖面線距離在[t2,t1]內(nèi)的地面點投影到地面線剖面線上進行填充，其高程則由周圍提取出的地面點建模內(nèi)插，常用的三維數(shù)字地面模型有不規(guī)則三角網(wǎng)模型和格網(wǎng)模型，采用三角網(wǎng)模型分別對各個地面線附近的地面點進行地形建模，根據(jù)三角網(wǎng)插值法進行點高程的內(nèi)插，最后輸出設(shè)計地面線。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明的系統(tǒng)可以進行設(shè)計地面線的快速自動提取，提高公路勘測設(shè)計的效率，節(jié)省外業(yè)測量成本，并實現(xiàn)激光雷達測量與公路施工圖設(shè)計的一體化；在構(gòu)造物比較多的地區(qū)，該系統(tǒng)生成的地面線相比較數(shù)模內(nèi)插的方法而言，更準(zhǔn)確的反映了微地貌真實的地表信息；該系統(tǒng)生成斷面地面線的方法可替代人工實測，該文方法生成23550個斷面并檢查僅需1～2h，而野外實測一人一天僅可測得40個斷面，效率得到大大地提高；在困難復(fù)雜地區(qū)，利用傳統(tǒng)方法在花費大量人力、物力的情況下仍無法準(zhǔn)確的采集公路設(shè)計所需的地表信息，而本系統(tǒng)基于高精度lidar數(shù)據(jù)可以克服植被茂密的影響，準(zhǔn)確獲取滿足高速公路改擴建詳測與施工圖設(shè)計要求的地表信息。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明及其特征、外形和優(yōu)點將會變得更明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按照比例繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。

圖1為本發(fā)明提供的一種公路地面線數(shù)據(jù)的自動生成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明提供的一種公路地面線數(shù)據(jù)的自動生成方法的流程示意圖。

具體實施方式

在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細(xì)節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進行描述。

為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟以及詳細(xì)的結(jié)構(gòu)，以便闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明的較佳實施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。

參照圖1-圖2所示，本發(fā)明提供了一種公路地面線數(shù)據(jù)的自動生成系統(tǒng)，包括：

激光雷達，所述激光雷達用于獲得地面線的點云數(shù)據(jù)，其中包括：確定路線方案，所述確定路線方案通過若干個中樁坐標(biāo)點進行表達；根據(jù)上述的中樁坐標(biāo)生成各個線路的中線，沿著路線的前進方向按相應(yīng)間隔生成垂直于路線的矩形格網(wǎng)，進一步，當(dāng)用戶進行空間查詢時，除了可以根據(jù)點的坐標(biāo)和范圍進行查詢，也可以通過樁號進行查詢，為后續(xù)工作中激光點云數(shù)據(jù)的快速提取提供基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于對上述獲得的點云數(shù)據(jù)進行處，以及根據(jù)點云數(shù)據(jù)中的地面類點進行數(shù)據(jù)建模和高程內(nèi)插獲得地面線，也就是說，由于lidar點云數(shù)據(jù)具有密度大、精度高等特點，地面線形態(tài)可直接由地面線周圍的地面點進行表達，點云提取在分類后點云的基礎(chǔ)上，根據(jù)提供的中樁坐標(biāo)文件生成地面線的剖線，設(shè)置閾值t1，提取到橫斷面剖線平面距離小于t1的分類后激光點，并作為生成地面線的備選點。

進一步，根據(jù)點云數(shù)據(jù)中的地面類點進行數(shù)據(jù)建模和高程內(nèi)插獲得地面線，具體包括：將提取出到橫斷面剖線平面距離小于t1范圍內(nèi)的激光點在平面上向地面線剖面線作垂線，根據(jù)垂線距離的大小設(shè)定閾值t2(t2<t1)，將到剖面線距離在t2范圍內(nèi)的點，以垂足點的平面位置和激光點的高程作為地面線上的點，并生成初始地面線；

對初始地面線上的點按找地面線方向排序并進行掃描，若是發(fā)現(xiàn)空洞較大區(qū)域，由到剖面線距離在[t2,t1]內(nèi)的地面點投影到地面線剖面線上進行填充，其高程則由周圍提取出的地面點建模內(nèi)插，常用的三維數(shù)字地面模型有不規(guī)則三角網(wǎng)模型和格網(wǎng)模型，采用三角網(wǎng)模型分別對各個地面線附近的地面點進行地形建模，根據(jù)三角網(wǎng)插值法進行點高程的內(nèi)插，最后輸出設(shè)計地面線。

檢查和編輯系統(tǒng)，所述檢查和編輯系統(tǒng)用于將所述獲得的地面線在可視化圖形環(huán)境中進行繪制，通過疊加lidar點云和dom數(shù)據(jù)，對生成的地面線進行可視化檢查和編輯，最終生成地面線數(shù)據(jù)，其中包括：地面線自動提取系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)是通過充分利用lidar點云數(shù)據(jù)高精度、高密度的特點，實現(xiàn)快速的自動提取地面線，并可在可視化環(huán)境對地面線數(shù)據(jù)進行快速檢查和自由編輯。按照系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)，將系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和用戶層，進一步優(yōu)選，數(shù)據(jù)層主要是包括機載lidar系統(tǒng)采集獲取的lidar點云數(shù)據(jù)和dom數(shù)據(jù)，以及設(shè)計所需要的中樁信息等數(shù)據(jù)；服務(wù)層主要在可視化的圖形平臺上，為用戶提供點云分類處理、點云提取處理、地面線生成和簡化等服務(wù)；用戶層主要是通過數(shù)據(jù)交互和參數(shù)設(shè)置等調(diào)用服務(wù)層的各項功能和服務(wù)來處理數(shù)據(jù)層中的數(shù)據(jù)，并在視圖窗口中直觀顯示。

在本發(fā)明一優(yōu)選但非限制的實施例中，所述檢查和編輯系統(tǒng)還將地面線數(shù)據(jù)與lidar點云數(shù)據(jù)和dom數(shù)據(jù)直接進行疊加顯示，進而通過點云和dom影像對生成的地面線數(shù)據(jù)作進一步的檢查和編輯工作，進而生成更準(zhǔn)確更符合真實地表的地面線數(shù)據(jù)，以及本發(fā)明可對任意中樁任意方向的地面線進行采集，在參數(shù)設(shè)置中根據(jù)實際設(shè)計的需求，設(shè)置地面線采集的范圍和寬度，并根據(jù)生成的地面剖面線對分類后的點云數(shù)據(jù)進行提取，得到備選點數(shù)據(jù)，進一步優(yōu)選，根據(jù)提取出的備選點數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)可進一步快速自動生成地面線數(shù)據(jù)，其輸出的地面線成果主要是文本格式表示，利用microstation平臺的數(shù)據(jù)接口，該系統(tǒng)也可將地面線數(shù)據(jù)與lidar點云數(shù)據(jù)和dom數(shù)據(jù)直接進行疊加顯示，進而通過點云和dom影像對生成的地面線數(shù)據(jù)作進一步的檢查和編輯工作，進而生成更準(zhǔn)確更符合真實地表的地面線數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的另一面，一種公路地面線數(shù)據(jù)的自動生成方法，包括以下步驟：

步驟s1：基于激光雷達獲得地面線的點云數(shù)據(jù)，其中包括：確定路線方案，所述確定路線方案通過若干個中樁坐標(biāo)點進行表達；根據(jù)上述的中樁坐標(biāo)生成各個線路的中線，沿著路線的前進方向按相應(yīng)間隔生成垂直于路線的矩形格網(wǎng)，進一步，當(dāng)用戶進行空間查詢時，除了可以根據(jù)點的坐標(biāo)和范圍進行查詢，也可以通過樁號進行查詢，為后續(xù)工作中激光點云數(shù)據(jù)的快速提取提供基礎(chǔ)。

步驟s2：對上述獲得的點云數(shù)據(jù)進行處理，其中包括：根據(jù)提供的中樁坐標(biāo)生成地面線的剖線，設(shè)置閾值t1，提取到橫斷面剖線平面距離小于t1的分類后激光點，并作為生成地面線的備選點，也就是說，由于lidar點云數(shù)據(jù)具有密度大、精度高等特點，地面線形態(tài)可直接由地面線周圍的地面點進行表達，點云提取在分類后點云的基礎(chǔ)上，根據(jù)提供的中樁坐標(biāo)文件生成地面線的剖線，設(shè)置閾值t1，提取到橫斷面剖線平面距離小于t1的分類后激光點，并作為生成地面線的備選點。

步驟s3：根據(jù)點云數(shù)據(jù)中的地面類點進行數(shù)據(jù)建模和高程內(nèi)插獲得地面線，具體包括：將提取出到橫斷面剖線平面距離小于t1范圍內(nèi)的激光點在平面上向地面線剖面線作垂線，根據(jù)垂線距離的大小設(shè)定閾值t2(t2<t1)，將到剖面線距離在t2范圍內(nèi)的點，以垂足點的平面位置和激光點的高程作為地面線上的點，并生成初始地面線；

對初始地面線上的點按找地面線方向排序并進行掃描，若是發(fā)現(xiàn)空洞較大區(qū)域，由到剖面線距離在[t2,t1]內(nèi)的地面點投影到地面線剖面線上進行填充，其高程則由周圍提取出的地面點建模內(nèi)插，常用的三維數(shù)字地面模型有不規(guī)則三角網(wǎng)模型和格網(wǎng)模型，采用三角網(wǎng)模型分別對各個地面線附近的地面點進行地形建模，根據(jù)三角網(wǎng)插值法進行點高程的內(nèi)插，最后輸出設(shè)計地面線。

步驟s4：將所述獲得的地面線在可視化圖形環(huán)境中進行繪制，通過疊加lidar點云和dom數(shù)據(jù)，對生成的地面線進行可視化檢查和編輯，最終生成地面線數(shù)據(jù)，其中包括：地面線自動提取系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)是通過充分利用lidar點云數(shù)據(jù)高精度、高密度的特點，實現(xiàn)快速的自動提取地面線，并可在可視化環(huán)境對地面線數(shù)據(jù)進行快速檢查和自由編輯。按照系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)，將系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和用戶層，進一步優(yōu)選，數(shù)據(jù)層主要是包括機載lidar系統(tǒng)采集獲取的lidar點云數(shù)據(jù)和dom數(shù)據(jù)，以及設(shè)計所需要的中樁信息等數(shù)據(jù)；服務(wù)層主要在可視化的圖形平臺上，為用戶提供點云分類處理、點云提取處理、地面線生成和簡化等服務(wù)；用戶層主要是通過數(shù)據(jù)交互和參數(shù)設(shè)置等調(diào)用服務(wù)層的各項功能和服務(wù)來處理數(shù)據(jù)層中的數(shù)據(jù)，并在視圖窗口中直觀顯示。

依據(jù)本發(fā)明的舉出一具體的實施例：

以廣西柳州至南寧高速公路改擴建工程為例，在植被覆蓋特別嚴(yán)重的10km路段分別利用該軟件和數(shù)模內(nèi)插生成兩組地面線，并進行野外實測檢驗，將兩組斷面與野外實測斷面進行對比，該軟件生成的設(shè)計地面線信息精度得到明顯提高，生成斷面合格率也高達99.6％，完全滿足公路改擴建勘測設(shè)計詳測與施工圖設(shè)計的要求；通過對比分析，本發(fā)明系統(tǒng)自動提取設(shè)計地面線數(shù)據(jù)具有以下優(yōu)點：

1)精度高。在構(gòu)造物比較多的地區(qū)，該系統(tǒng)生成的地面線相比較數(shù)模內(nèi)插的方法而言，更準(zhǔn)確的反映了微地貌真實的地表信息。

2)效率高。該方法生成斷面地面線的方法可替代人工實測，該文方法生成23550個斷面并檢查僅需1～2h，而野外實測一人一天僅可測得40個斷面，效率得到大大地提高。

3)在困難復(fù)雜地區(qū)，利用傳統(tǒng)方法在花費大量人力、物力的情況下仍無法準(zhǔn)確的采集公路設(shè)計所需的地表信息，而本方法基于高精度lidar數(shù)據(jù)可以克服植被茂密的影響，準(zhǔn)確獲取滿足高速公路改擴建詳測與施工圖設(shè)計要求的地表信息。

以上對本發(fā)明的較佳實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。