激光LIDAR 航測技術應用在河道測繪

發(fā)布日期：2019-07-03 00:00 瀏覽量：12877

機載激光LIDAR數(shù)據(jù)被廣泛應用于地形測繪、農(nóng)林業(yè)、電力行業(yè)、公路勘察設計、海岸工程、數(shù)字城市等各個領域。今日我們就說說激光LIDAR 航測技術在河道測繪方面的發(fā)揮的功效。

一、數(shù)據(jù)獲取

數(shù)據(jù)獲取技術其中關鍵技術有包括航線設計、點云檢校、差分解算、質(zhì)量檢查等工作。

（１）激光LIDAR 設備

為了滿足測區(qū)的采集要求和工期進度，綜合考慮飛機布局、航速、航高、設備安裝及安全性能，并結合國內(nèi)航飛資源情況,選擇機型搭載激光LIDAR 航攝儀。

（２）航線敷設

按照測區(qū)范圍的不規(guī)則窄長形帶狀區(qū)域，采用沿河流方向的方式制作航線敷設計劃，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、點云數(shù)據(jù)質(zhì)量、影像數(shù)據(jù)質(zhì)量５個方面進行檢查。其中，點云數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢查項包括航帶重疊、點云覆蓋度、同架次不同航帶拼接限差、不同架次不同航帶拼接誤差、點云數(shù)據(jù)密度、點云精度。

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、坐標轉(zhuǎn)換、DEM制作。

（１）點云濾波

利用機載LiDAR數(shù)據(jù)處理軟件，采用算法對激光點云數(shù)據(jù)進行過濾，將植被、建筑物、電力設施等地物數(shù)據(jù)分類成非地面點數(shù)據(jù)，將地表數(shù)據(jù)分類為地面點，從而實現(xiàn)點云的自動濾波。

２）坐標轉(zhuǎn)換

機載LiDAR獲取的數(shù)據(jù)為WGS-84坐標，成果坐標系統(tǒng)為北京地方坐標系，需要進行坐標轉(zhuǎn)換?；谧鴺宿D(zhuǎn)換模型和似大地水準面精化成果，將接邊后的點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到北京地方坐標系。

（３）DEM制作

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

（４）DEM質(zhì)量檢查

對DEM的檢查內(nèi)容包括：空間參考系、位置精度、邏輯一致性、時間精度、柵格質(zhì)量等。其中，精度統(tǒng)計采用外業(yè)RTK實測地面點與DEM內(nèi)插點高程比較，統(tǒng)計DEM高程中誤差。

河道測繪中的難點

傳統(tǒng)DLG制作，所有要素的采集均是采用立體采集結合外業(yè)調(diào)繪的方式，然而，水利規(guī)劃設計對高程要素格外重視。精度方面，高程點精度需達到激光LIDAR 數(shù)據(jù)的精度，密度方面，全部坡坎應首尾控制、每隔３－５cm有一高程注記點，河道坡腳按照圖上距離３cm標注高程，灌渠內(nèi)按３－５cm中提取高程。同時，等高線信息需與機載激光LIDAR 所生成的DEM保持一致。針對高程要素方面的需求，設計了基于LiDAR數(shù)據(jù)的等高線生成和高程點提取方法。

基于LiDAR的等高線生成方法，其關鍵步驟為：

（１）從分類后點云的地面點層中，顧及點間距和地形特征，提取地形特征

（２）由地形特征點提取等高線；

（３）光滑提取的等高線；

（４）人工對特殊等高線進行編輯完善。

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

其中，第一類的方法是：

（１）沿目標地物畫折線；

（２）簡化折線，去掉冗余的折點；

（３）等間距加密折線；

（４）提取折點平面位置；

（５）利用最近鄰算法，從點云地面層中提取高程點。

第二類零散高程的提取：

（１）人工確定帶提取的高程點平面位置；

（２）利用最近鄰算法，從點云地面層中依據(jù)最近鄰算法提取高程點。

三、項目成果應用

在獲取機載激光LIDAR 的過程中，同時獲取了影像數(shù)據(jù)。最終，本項目獲得三種基礎測繪產(chǎn)品，即數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像和數(shù)字線劃圖，在此基礎上，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，采用地理信息系統(tǒng)技術實現(xiàn)三維場景搭建，對河道整體概貌實現(xiàn)立體化展現(xiàn)，共同為水利規(guī)劃、河道建設與運營提供可持續(xù)發(fā)展的信息化服務。

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