激光LIDAR 航測(cè)技術(shù)應(yīng)用在河道測(cè)繪

發(fā)布日期：2019-07-03 00:00 瀏覽量：11150

機(jī)載激光LIDAR數(shù)據(jù)被廣泛應(yīng)用于地形測(cè)繪、農(nóng)林業(yè)、電力行業(yè)、公路勘察設(shè)計(jì)、海岸工程、數(shù)字城市等各個(gè)領(lǐng)域。今日我們就說(shuō)說(shuō)激光LIDAR 航測(cè)技術(shù)在河道測(cè)繪方面的發(fā)揮的功效。

一、數(shù)據(jù)獲取

數(shù)據(jù)獲取技術(shù)其中關(guān)鍵技術(shù)有包括航線(xiàn)設(shè)計(jì)、點(diǎn)云檢校、差分解算、質(zhì)量檢查等工作。

（１）激光LIDAR 設(shè)備

為了滿(mǎn)足測(cè)區(qū)的采集要求和工期進(jìn)度，綜合考慮飛機(jī)布局、航速、航高、設(shè)備安裝及安全性能，并結(jié)合國(guó)內(nèi)航飛資源情況,選擇機(jī)型搭載激光LIDAR 航攝儀。

（２）航線(xiàn)敷設(shè)

按照測(cè)區(qū)范圍的不規(guī)則窄長(zhǎng)形帶狀區(qū)域，采用沿河流方向的方式制作航線(xiàn)敷設(shè)計(jì)劃，盡量減少冗余飛行范圍。

（３）航攝數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查

數(shù)據(jù)獲取結(jié)束后，從數(shù)據(jù)文件、POS數(shù)據(jù)質(zhì)量、基站數(shù)據(jù)質(zhì)量、點(diǎn)云數(shù)據(jù)質(zhì)量、影像數(shù)據(jù)質(zhì)量５個(gè)方面進(jìn)行檢查。其中，點(diǎn)云數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢查項(xiàng)包括航帶重疊、點(diǎn)云覆蓋度、同架次不同航帶拼接限差、不同架次不同航帶拼接誤差、點(diǎn)云數(shù)據(jù)密度、點(diǎn)云精度。

二、數(shù)據(jù)處理

基于LiDAR數(shù)據(jù)制作DEM主要流程包括：航攝數(shù)據(jù)收集和檢查、數(shù)據(jù)分塊、航帶重疊區(qū)處理、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、DEM制作。

（１）點(diǎn)云濾波

利用機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)處理軟件，采用算法對(duì)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，將植被、建筑物、電力設(shè)施等地物數(shù)據(jù)分類(lèi)成非地面點(diǎn)數(shù)據(jù)，將地表數(shù)據(jù)分類(lèi)為地面點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云的自動(dòng)濾波。

２）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

機(jī)載LiDAR獲取的數(shù)據(jù)為WGS-84坐標(biāo)，成果坐標(biāo)系統(tǒng)為北京地方坐標(biāo)系，需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換?；谧鴺?biāo)轉(zhuǎn)換模型和似大地水準(zhǔn)面精化成果，將接邊后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到北京地方坐標(biāo)系。

（３）DEM制作

利用編輯后的地面層數(shù)據(jù)和特征線(xiàn)數(shù)據(jù)，構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)。將TIN按規(guī)定的格網(wǎng)尺寸進(jìn)行內(nèi)插，形成規(guī)則格網(wǎng)的DEM。

（４）DEM質(zhì)量檢查

對(duì)DEM的檢查內(nèi)容包括：空間參考系、位置精度、邏輯一致性、時(shí)間精度、柵格質(zhì)量等。其中，精度統(tǒng)計(jì)采用外業(yè)RTK實(shí)測(cè)地面點(diǎn)與DEM內(nèi)插點(diǎn)高程比較，統(tǒng)計(jì)DEM高程中誤差。

河道測(cè)繪中的難點(diǎn)

傳統(tǒng)DLG制作，所有要素的采集均是采用立體采集結(jié)合外業(yè)調(diào)繪的方式，然而，水利規(guī)劃設(shè)計(jì)對(duì)高程要素格外重視。精度方面，高程點(diǎn)精度需達(dá)到激光LIDAR 數(shù)據(jù)的精度，密度方面，全部坡坎應(yīng)首尾控制、每隔３－５cm有一高程注記點(diǎn)，河道坡腳按照?qǐng)D上距離３cm標(biāo)注高程，灌渠內(nèi)按３－５cm中提取高程。同時(shí)，等高線(xiàn)信息需與機(jī)載激光LIDAR 所生成的DEM保持一致。針對(duì)高程要素方面的需求，設(shè)計(jì)了基于LiDAR數(shù)據(jù)的等高線(xiàn)生成和高程點(diǎn)提取方法。

基于LiDAR的等高線(xiàn)生成方法，其關(guān)鍵步驟為：

（１）從分類(lèi)后點(diǎn)云的地面點(diǎn)層中，顧及點(diǎn)間距和地形特征，提取地形特征

（２）由地形特征點(diǎn)提取等高線(xiàn)；

（３）光滑提取的等高線(xiàn)；

（４）人工對(duì)特殊等高線(xiàn)進(jìn)行編輯完善。

基于LiDAR的高程點(diǎn)提取，根據(jù)需求將其劃分為兩類(lèi)，第一類(lèi)是沿線(xiàn)等間距高程點(diǎn)提取，第二類(lèi)是零散高程點(diǎn)提取。

其中，第一類(lèi)的方法是：

（１）沿目標(biāo)地物畫(huà)折線(xiàn)；

（２）簡(jiǎn)化折線(xiàn)，去掉冗余的折點(diǎn)；

（３）等間距加密折線(xiàn)；

（４）提取折點(diǎn)平面位置；

（５）利用最近鄰算法，從點(diǎn)云地面層中提取高程點(diǎn)。

第二類(lèi)零散高程的提取：

（１）人工確定帶提取的高程點(diǎn)平面位置；

（２）利用最近鄰算法，從點(diǎn)云地面層中依據(jù)最近鄰算法提取高程點(diǎn)。

三、項(xiàng)目成果應(yīng)用

在獲取機(jī)載激光LIDAR 的過(guò)程中，同時(shí)獲取了影像數(shù)據(jù)。最終，本項(xiàng)目獲得三種基礎(chǔ)測(cè)繪產(chǎn)品，即數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像和數(shù)字線(xiàn)劃圖，在此基礎(chǔ)上，突破傳統(tǒng)二維地圖的限制，收集、整合、挖掘永定河及其周邊的三維信息，基于三維軟件平臺(tái)，采用地理信息系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景搭建，對(duì)河道整體概貌實(shí)現(xiàn)立體化展現(xiàn)，共同為水利規(guī)劃、河道建設(shè)與運(yùn)營(yíng)提供可持續(xù)發(fā)展的信息化服務(wù)。

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