基于LIDAR的工程測量實(shí)施思路

　　1 前言

　　機載激光雷達系統（Light Detection And Ranging，簡(jiǎn)稱(chēng)LIDAR），也叫機載激光雷達，是一種安裝在飛機上的機載激光探測和測距系統，它集成了激光掃描儀、差分GPS系統、IMU（Inertial Measurement Unit,慣性量測單元，用以量測飛機平臺的飛行姿態(tài)）、數碼相機。在動(dòng)態(tài)載波相位差分GPS系統和IMU的支持下,激光掃描系統通過(guò)激光掃描器和距離傳感器,經(jīng)由微計算機對測量資料進(jìn)行內部處理,顯示或存儲、輸出距離和角度等資料,并與距離傳感器獲取的數據相匹配,經(jīng)過(guò)相應軟件進(jìn)行一系列處理來(lái)獲取被測目標的表面形態(tài)和三維坐標數據,從而進(jìn)行各種量算或建立立體模型。

　　2 LIDAR數據獲取的基本原理

　　當機載LIDAR航攝飛行時(shí)，激光掃描儀發(fā)射、接收激光束，對地面進(jìn)行線(xiàn)狀掃描，與此同時(shí)，動(dòng)態(tài)GPS系統確定傳感器的空間位置（經(jīng)緯度），IMU測量飛機的實(shí)時(shí)姿態(tài)數據，即滾動(dòng)、仰俯和航偏角。由于系統的幾個(gè)部分同步工作并集成于一體，GPS 和IMU的數據融合極為方便，所以經(jīng)后期地面數據處理后，即可獲取地面的三維數據。

　　3 機載激光雷達線(xiàn)路工程測量模式分析

　　三維激光雷達技術(shù)應用于輸電線(xiàn)路優(yōu)化設計包括數據獲取、數據處理、優(yōu)化設計等工作內容。

　?。?）原始數據采集：在航飛前要制訂飛行計劃，安置全球定位系統接收機、激光掃描測量、慣性測量、數碼相機等。

　?。?）基礎數據處理：機載激光雷達測量系統在野外采集得到的數據需要進(jìn)行一定的處理才能得到需要的信息。數據處理的內容包括：確定航跡、激光掃描測量數據處理、數據分類(lèi)處理、坐標匹配、影像數據的定向和鑲嵌、建立三維地形模型。

　?。?）線(xiàn)路工程測量：以高精度、高分辨率正射影像和激光點(diǎn)云數據、數字高程模型數據為基礎，采用二、三維結合方式，結合架空送電線(xiàn)路設計業(yè)務(wù)需求，采用多人協(xié)同設計，實(shí)現線(xiàn)路路徑優(yōu)化設計、桿塔優(yōu)化設計的一體化全流程應用。

　　4 工程應用實(shí)例

　　4.1 工程概況

　　針對500KV某變送電線(xiàn)路工程（線(xiàn)路長(cháng)度約為130km）。除變電站附近地形為平地外，其余為山地地形。植被以稀疏灌木林為主，局部間雜茂密，交通條件一般。

　　4.2 激光測量系統檢校

　　將機載激光測量系統安裝到飛行器上后，首先必須進(jìn)行系統檢校，以獲取相關(guān)參數，保證數據精度。包括激光掃描儀的檢校和數碼相機的檢校，必須按照相關(guān)技術(shù)手冊進(jìn)行。

　　4.3地面GPS設基準站

　　激光飛行時(shí)需在地面布設GPS基準站，旨在航攝期間連續獲取與機載GPS同步的觀(guān)測數據，通過(guò)事后聯(lián)合差分解算機載GPS軌跡。相鄰基站間最大間距不得超過(guò)60km。

　　4.4實(shí)施航空攝影飛行

　　根據激光測量系統的檢校參數，結合工程設計的航帶，確定作業(yè)飛機的飛行參數及測量參數，選擇合適的影像地面采樣率、帶寬和激光點(diǎn)間距等參數，實(shí)施航飛過(guò)程。

　　4.5數據處理

　　將機載激光掃描測量數據轉化為線(xiàn)路勘測設計數據大致要經(jīng)過(guò)下列幾個(gè)步驟。

　　4.5.1 構建數字化立體作業(yè)平臺

　　利用激光掃描測量系統所獲取的DEM數據和正射影像數據，恢復測區立體模型，并在此基礎上對線(xiàn)路路徑進(jìn)行優(yōu)化。由于本系統所產(chǎn)生的三維立體模型是以正射影像數據為紋理、以實(shí)測的激光點(diǎn)云數據為基礎建立起來(lái)的真三維實(shí)體，可以從不同角度對同一地方進(jìn)行觀(guān)察。

　　4.5.2 制作DEM、DSM和DOM

　　采用專(zhuān)業(yè)軟件，導入激光點(diǎn)數據，設置分析參數，進(jìn)行自動(dòng)分類(lèi)，區別地面、房屋、植被等，經(jīng)分析對比，目前自動(dòng)分類(lèi)準確率僅為20%～30%。在此基礎上采用人工干預方式結合影像進(jìn)行精確分類(lèi)，得到準確的數字高程模型和數字表面模型和房屋等信息。采用數碼影像和精度更高的激光數據，經(jīng)過(guò)糾正、鑲嵌，可以獲取比傳統方法更加精確的正射影像圖（DOM）。

　　4.5.3制作平斷面圖

　　平斷面圖是輸電線(xiàn)路勘測的主要成果之一。平面圖通過(guò)立體作業(yè)平臺獲取。在斷面圖繪制中，中線(xiàn)、邊線(xiàn)斷面及風(fēng)偏危險點(diǎn)從DEM中自動(dòng)提取。在本工程中，我們將常規工程測量方法獲取的數據、傳統的航測攝影測量數據和激光掃描測量數據進(jìn)行了比較，證明機載激光掃描測量數據是可靠的，其斷面精度略高于普通航測斷面精度。

　　4.5.4繪制塔基地形圖

　　目前條件下線(xiàn)路終勘的塔基地形圖大都采用工測方法測量，占用了大量的人力和時(shí)間（50％～70％），不僅費時(shí)費力，而且點(diǎn)不容易測到位，內業(yè)處理工作量也較大。隨著(zhù)激光掃描測量技術(shù)的發(fā)展和成熟，精度越來(lái)越高，必將促進(jìn)塔基地形圖的數據采集和處理真正實(shí)現自動(dòng)化。另外，激光點(diǎn)精度較高，點(diǎn)間距約2m，在特定區域進(jìn)行土方量自動(dòng)平衡計算，可得準確的土方量值。

　　5 結論

　?。?）三維激光雷達技術(shù)使整個(gè)電網(wǎng)走廊、變電所基于三維真實(shí)場(chǎng)景，并與實(shí)時(shí)監測、視頻等于一體的可視化成為可能；三維激光雷達技術(shù)使已建、新建電網(wǎng)，以及電網(wǎng)相關(guān)環(huán)境所有信息快速、低成本、高精度、全面獲取成為可能，將實(shí)現電網(wǎng)的真正信息化。

　?。?）三維激光雷達技術(shù)與三維可視化技術(shù)、專(zhuān)家知識技術(shù)的融合，實(shí)現電網(wǎng)的三維可視化、智能化的仿真成為可能。

　?。?）三維激光雷達技術(shù)將使電網(wǎng)與人文、社會(huì )、環(huán)境、經(jīng)濟更加緊密的聯(lián)系在一起，更加人性化、科學(xué)化、高效化的數字電網(wǎng)成為可能。

猜你喜歡：

ArcGIS平臺中LiDAR數據三維城市建模

基于LIDAR數據的數字高程模型獲取