解决方案 | 激光雷达技术助力智慧交通发展

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背景介绍
中共中央、国务院印发《交通强国建设纲要》，要求大力发展智慧交通，推动大数据、互联网、人工智能、区块链、超级计算等新技术与交通行业深度融合。智慧交通是交通强国建设的重要组成部分，我国高速公路里程呈现快速增长态势，我国交通领域发展特点概况如下：①里程长度快速增长；②高速公路网覆盖范围广；③隧道、桥梁路段，人工巡检工作量大、难度高；④高速公路受所处环境、路过车辆等影响，产生裂缝、车辙、坑槽等病害，给路过车辆增加了安全风险。
现有公路管理面临的挑战
● 桥梁下、边坡、危涯位置，数据采集耗时耗力，风险大；● 事故处理困难多，易出现大面积的拥堵，事故处理车辆进入现场困难；救援物资送进救援现场困难；肇事车辆持续近距离跟踪难；● 巡检工作量大，效率低；

● 恶劣条件危及人身安全，在遇到地震、洪灾、海啸、暴雪等自然灾害时，地面交通全部瘫痪，有人驾驶飞机和直升机进入会危及人员的人身安全。

多地交通运输局同步展开路面病害防治工作，出台路面维护政策，路面整治已成重点工程。智能巡检系统已成为公路巡检发展新趋势。

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传统人巡与机巡对比
传统人巡方式，通过维护人员手持仪器、驾驶桥梁检测车，或肉眼巡查路面病害，工作量大、费时费力、效率较低；在桥梁下、危涯等地进行数据采集可能危及人身安全。航测巡检方式，通过无人机多样化吊舱，采集公路数据，作业灵活方便低成本、监控范围广，被广泛采纳；但是，无人机在隧道中的航迹规划、在桥梁底部的平稳飞行仍是两大难题。

航测技术的应用优势
● 更少的人力、物力投入。中央控制室即可实现机群远程作业、多载荷传感器、数据自动处理反馈，实现了人力资源、车辆的节约。● 更高效的作业能力。每架无人机均可远程操作异地起降，单架次作业里程 5-20km，省去无人机返航耗时、人员转场时间。通过实现区域性整体巡视，复杂道路一体化巡检，执行效率提升30%。● 更快速的工作响应、更及时的成果反馈。只要天气条件允许，计划下达即可执行，一键启动任务。成果在很短时间内即可回传，实现交通巡视即时服务模式。

● 更安全的保障体系。融合多种先进技术，具备气象监控、安全防护、状态监控、实时通讯等功能，满足安全规程作业要求 。

● 无人机巡检新模式的运用提升了公路全生命周期应用数据采集和巡检管控力，大幅减少道路交通维护压力，快速保障安全稳定运行。

● 实现“能远程不现场、能自动不人工”的集约化工作思路。

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航测技术在公路行业应用
公路设计方面，利用航测技术可以为公路设计提供各类航拍数据（视频、正射影像、机载激光点云、三维实景模型等，应用于工程可行性研究、初步设计、施工图设计和BIM设计等阶段）。在施工监理方面，无人机引入到道路施工现场管理中，利用无人机机身小巧、高空作业、智能化的特点，既可节省人力，又能减少现场人员数量，提高监管效率，同时，无人机也拓展了人力可监管的范围，使得监理工作做到更加细致全面。在运行监测方面，无人机可以挂载照相机、摄像机、雷达等多种负载，可快速周期性巡视道路交通运行状态，获取道路拥堵，实时路况，运行趋势等信息。

在应急救援方面，利用无人机应对异常气候（如雨天、台风等）或以及突发交通事故条件下，快速部署，实时响应，应急抢险、灾情/事故勘查，紧急救援，现场指挥等。

在养护维护方面，无人机的运用尚处于初步阶段，可以应用无人机巡检，采用边缘+云端结合的方式进行AI识别计算并自动识别对应的事件/隐患等，针对厘米级高分辨率巡检影像的智能识别，辅助或部分替代人工巡检。

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激光雷达公路智能巡检应用
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4.1. 公路无人机巡检技术路线

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4.2. 基础地理环境数据获取
对公路沿线道路地形和边坡、桥梁、收费站等建筑物场景区域使用无人机进行高精度激光雷达三维建模，最终形成激光雷达点云数据、数字正射影像（DOM）、数字高程模型（DEM）、三维模型等基础底图数据成果，用于无人机的近距离固定巡检航线规划和二三维可视化展示。

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4.3. 车载激光雷达
道路沿线环境复杂，部分区域线路无人机巡检困难，采用车载一体化激光雷达与影像采集系统，集成激光雷达传感器、高精度定位模块和影像/视频采集镜头，该系统安装在SUV汽车车顶，沿道路沿线巡检，作为无人机巡检、人工巡检有效补充，可提供道路交通设施及周围城市环境进行三维与影像数据采集，记录现场道路空间三维结构状态、设备工作状态、车辆行驶状态、路面状态、交通状态在内的各种状态特征。养护人员可对部件点进行高精度三维定位与测量，对现场道路病害进行识别与位置识别。

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4.4. 航线规划
针对桥梁、边坡、隧洞山体等复杂环境，通过高精度的激光点云方法对公路沿线进行三维建模，通过标定巡检部件，提取关键特征的空间参数，实现拍照点及航迹半自动化生成，生成无人机巡检航线，极大地提高公路巡检效率和巡检智能化，指导无人机按照预定航线进行飞行，基于RTK技术实现高精度飞行精度，躲避空间障碍物，近距离拍摄，满足无人机巡检安全规范要求。
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4.5. 激光雷达道路地物要素提取
基于道路三维激光点云数据，通过地物要素提取绘制专题图，采用自动化和半自动化作业方式对公路基础数据进行地图矢量化，搭建公路数字孪生底座，实现高精度地图生产、道路部件清查、公路勘查设计与改扩建、航线规划与仿真，有助于提升公路信息化建设和管理水平。

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展望
构建公路网的自动化、智能化、迅捷化、合法化的无人机组网巡检系统具有显著的必要性与迫切性。利用激光雷达智能巡检设备，辅助进行现场环境踏勘、基础地理环境数据采集、高精度实景三维重建、无人机巡检航线规划与航路网建设，利用激光雷达多期数据对比实现沿途边坡，路基形变监测。无人机组网巡检系统巡检计划下达即可执行，一键启动任务，成果在很短时间内即可回传，实现交通巡视即时服务，提升公路全生命周期应用数据采集和巡检管控力，大幅减少道路交通维护压力，快速保障安全稳定运行。数字绿土成立10年以来，始终坚持自主创新，积极践行新方向、新业务、新领域发展战略。未来，数字绿土将继续聚焦各行业客户需求，面向新技术、新方向、新场景，持续推出创新产品、方案和服务，助力各行业客户发展，为建设地理信息产业强国贡献企业力量。