機載LiDAR技術(shù)在灘涂地形圖生產(chǎn)中的應用

　　1、 前言

　　灘涂是海岸帶平均高潮線(xiàn)與平均低潮線(xiàn)之間向海洋和緩傾斜的灘面，由淤泥質(zhì)或沙質(zhì)河海沉積物組成，其灘涂為海岸帶的重要組成部分。浙江沿海灘涂大部分為淤泥質(zhì)平原海岸帶，灘地比較開(kāi)闊。灘涂會(huì )隨著(zhù)潮汐周期的變化和水位的升降交替性變化，區域內難以布置有效測圖控制點(diǎn)，又因為灘涂地勢較為平坦， 灘涂影像較為單一，立體模型測標點(diǎn)對貼近灘涂面不敏感，等高線(xiàn)走向較難把握。沿用傳統的航空攝影測量手段很難獲得精確的海岸帶地理信息。

　　機載激光雷達（LiDAR）是一種安裝在飛機上的機載激光探測和測距系統，是集激光掃描儀（Scanner）、全球定位系統（GPS）和慣性導航系統（INS）三種技術(shù)于一體的空間測量技術(shù)，能夠快速、準確地獲取地表三維空間信息。無(wú)需大量的地面控制點(diǎn)，卻能夠獲取到海岸帶灘涂地理信息。同時(shí)將獲取的LiDAR激光點(diǎn)云數據經(jīng)過(guò)內業(yè)數據處理與編輯，最終能得到灘涂的DSM、DEM、DOM、DLG等地形圖產(chǎn)品。

　　2、 灘涂地形圖生產(chǎn)

　　2.1 灘涂地形圖生產(chǎn)流程

　　灘涂數字線(xiàn)劃圖生產(chǎn)范圍是海岸線(xiàn)到理論深度0米之間的帶狀區域。利用機載LiDAR技術(shù)生產(chǎn)灘涂地形圖主要是通過(guò)獲取的點(diǎn)云數據，在TerraSolid中進(jìn)行濾波分類(lèi)，生成數字高程模型DEM，并結合數字正射影像圖DOM 在Microstation V8環(huán)境下進(jìn)行海部要素的提取和采集，再經(jīng)過(guò)調繪核查，內外業(yè)一體化生產(chǎn)方式編輯成圖。灘涂地形圖還需與海岸線(xiàn)上的基礎測繪地形圖和理論深度0米以下的水下地形圖進(jìn)行無(wú)縫銜接。綜合利用現代測繪技術(shù)與信息，構建灘涂海岸帶的現代測繪技術(shù)體系，實(shí)現海、陸地理信息一體化。

　　2.2 海岸線(xiàn)位置確立

　　海岸線(xiàn)是指平均大潮高潮位的水陸分界線(xiàn)，也是海洋與陸地的分界線(xiàn)。海岸線(xiàn)是基礎地理信息的重要數據，在灘涂DLG生產(chǎn)中，海岸線(xiàn)位置的確立是一個(gè)很關(guān)鍵的工作。灘涂地形圖的海岸線(xiàn)是以最新基礎測繪1∶10000為基礎，海岸線(xiàn)發(fā)生變化部分利用了LiDAR點(diǎn)云成果，以岸線(xiàn)理論高程值（如杭州灣3.2米）生成高程等值線(xiàn)結合DOM影像痕跡線(xiàn)進(jìn)行人工海岸線(xiàn)、自然海岸線(xiàn)、河口海岸線(xiàn)位置精化。海岸線(xiàn)與內陸河流的具體分界點(diǎn)參照我省大陸海岸線(xiàn)測量成果，原則上以水閘、橋或河口作為分界點(diǎn)，保持海岸線(xiàn)空間形態(tài)特征。

　　新增的人工岸線(xiàn)按點(diǎn)云生成等值線(xiàn)與新增碼頭、無(wú)灘加固岸等DOM影像及點(diǎn)云生成模型套和采集海岸線(xiàn)，確保海岸線(xiàn)采集精度。

　　海岸線(xiàn)的線(xiàn)面必須保持一致性，海域面的邊緣線(xiàn)與海岸線(xiàn)、河口岸線(xiàn)重合構面。灘涂線(xiàn)與海岸線(xiàn)重疊進(jìn)行灘涂構面，DLG疊加DOM顯示的灘涂海岸帶。

　　2.3 碼頭與海岸線(xiàn)要素關(guān)系

　　港口是海岸帶最重要的人工設施，浙江沿海經(jīng)濟發(fā)達，擁有眾多港口、碼頭。機載LiDAR技術(shù)掃描的點(diǎn)云數據除了三維坐標，還具有反射強度信息，它能反映出地表物體對激光的作用信息，一般堤壩、碼頭都是由石沙、混凝土等構筑，因而堤壩、碼頭反射率較其周?chē)匚镆?，?a href='http://dgxinou.com/article/1282.html' target='_blank' title='點(diǎn)云數據'>點(diǎn)云數據濾波分類(lèi)時(shí)保留防洪堤、調節閘這些地物頂部的點(diǎn)云數據，便于灘涂地形圖地理要素的采集。激光點(diǎn)云能完整呈現地物地貌的細節，因此數據的采集可通過(guò)紋理、形態(tài)、顏色解譯判讀，確認防洪堤、碼頭等水工建筑要素和位置。

　　碼頭與人工岸線(xiàn)在圖形結構上是組合關(guān)系，由于碼頭類(lèi)型不同，在圖形與要素間關(guān)系的處理上與基礎測繪地形圖一致，固定順岸式碼頭、固定堤壩式碼頭是沿人工岸線(xiàn)或由陸地延伸到海域中的碼頭，碼頭符號按其形狀用相應要素線(xiàn)沿人工岸線(xiàn)重合表示；棧橋式、浮碼頭是由架空建筑物從陸地向海域延伸并架空于海面上的碼頭，碼頭符號按其形狀用相應要素線(xiàn)表示，靠岸部分要素線(xiàn)與人工岸線(xiàn)重合，符號其余部分疊加在海面上。

　　2.4 灘涂要素表達

　　灘涂是海岸帶的重要組成部分，是海岸線(xiàn)與理論低潮界之間的潮浸地帶，高潮時(shí)被海水淹沒(méi)，低潮時(shí)露出。灘涂可分為泥灘、巖灘、沙灘，灘涂性質(zhì)依據最新基礎測繪1∶10000資料和DOM影像內業(yè)進(jìn)行判讀確定，灘涂要素用相應的填充符號以面狀表示，范圍由海岸線(xiàn)與理論深度0米線(xiàn)進(jìn)行構面，當依比例尺的干出礁在灘涂上時(shí)，干出灘面鏤空，面、線(xiàn)重合表示。

　　2.5 等高線(xiàn)與高程點(diǎn)要素的提取

　　由于LiDAR技術(shù)沒(méi)有三維立體測圖環(huán)境，灘涂等高線(xiàn)成果是利用已濾波、分類(lèi)好的地面點(diǎn)成果數據，結合帶有高程信息的特征線(xiàn)就可在TerraSolid的TerraScan與TerraModerler模塊完成粗DEM生產(chǎn)，精細的DEM需要在A(yíng)rcToolbox中3D Analyst Tools＼Raster Surface＼Contour List中處理，然后獲得等高線(xiàn)。由于LiDAR點(diǎn)云密度較大，生成等高線(xiàn)節點(diǎn)過(guò)密，局部等高線(xiàn)會(huì )出現紊亂，產(chǎn)生小毛刺以及多余封閉曲線(xiàn)等問(wèn)題。因此需要套合DOM影像，根據地形地貌形態(tài)，剔除多余封閉曲線(xiàn)，并對等高線(xiàn)進(jìn)行修飾、圓滑處理，從而得到美觀(guān)無(wú)冗余數據等高線(xiàn)成果。

　　灘涂高程點(diǎn)成果是利用TerraSolid軟件TerraModeler模塊中相關(guān)功能，從點(diǎn)云數據中提取高程注記點(diǎn)。高程注記點(diǎn)密度為10～20點(diǎn)/平方千米。提取的高程點(diǎn)和等高線(xiàn)在MicroStation V8環(huán)境下進(jìn)行點(diǎn)線(xiàn)矛盾檢測與修改。等高線(xiàn)及高程點(diǎn)提取效果圖如圖2。

　　2.6 成果一致性

　　由于機載LiDAR獲取的點(diǎn)云坐標是在WGS-84坐標系下建立的，而我們需要的是CGCS2000坐標，因此需要進(jìn)行坐標轉換。

　　一是通過(guò)TerraSolid軟件對點(diǎn)云進(jìn)行平面和高程系統的轉換，將WGS84系統的UTM投影的平面坐標，轉換為2000國家大地坐標系統的高斯投影平面坐標；將WGS84系統的大地高，通過(guò)應用浙江省似大地水準面數據轉換為1985高程基準的正常高，實(shí)現LiDAR測高數據的坐標轉換和高程轉換。

　　其次將基礎測繪1∶10000數字線(xiàn)劃圖作為生產(chǎn)的基礎底圖，保證灘涂地形圖與基礎測繪1：10000圖無(wú)縫拼接。灘涂地形圖所表示的點(diǎn)、線(xiàn)、面要素分類(lèi)代碼統一采用標準DB33/T 817-2010（浙江省《基礎地理信息要素分類(lèi)與圖形表達代碼》的要求執行。

　　采用投影轉換、坐標變換等方式實(shí)現LiDAR的點(diǎn)云數據與基礎測繪1∶10000成果一致，通過(guò)幾何位置融合消除了海岸線(xiàn)位置上的差異。浙江首次利用機載LiDAR技術(shù)生產(chǎn)的灘涂地形圖，經(jīng)質(zhì)檢部門(mén)檢查驗收合格，良級品率達到83%。

　　3、 結語(yǔ)

　　浙江沿海地形復雜，海岸帶狹長(cháng)，灘涂寬度不一，灘涂大部分為淤泥質(zhì)，對外部干擾敏感，具有自然的空間動(dòng)態(tài)遷移特性。傳統的航測手段很難獲得精確的灘涂地理信息。因此灘涂地形圖生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)在于采用了機載激光LiDAR技術(shù)，IMU/DGPS導航技術(shù)，解決了傳統航測必需在測圖區域布設一定數量控制點(diǎn)而實(shí)際人員難以到達的難題。其次運用了連續運行參考站衛星定位綜合服務(wù)系統和似大地水準面精化成果，減少灘涂和海島礁成圖高程獲取的外業(yè)工作量。

　　利用機載LiDAR技術(shù)進(jìn)行灘涂地形圖生產(chǎn)具有明顯優(yōu)勢，不僅突破傳統航測作業(yè)的瓶頸，而且提高了測繪成果精度，為灘涂的地形圖生產(chǎn)提供了新的測繪技術(shù)手段。

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