機載LiDAR在江門(mén)市銀洲湖海岸帶地形測繪中的應用

　　海岸帶是海洋與陸地之間的過(guò)渡地帶，受海洋系統和陸地系統的相互作用，隨著(zhù)海洋開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的日益拓展以及海域、海岸資源開(kāi)發(fā)利用強度和密度的進(jìn)一步加大，對海岸帶區域的變化監測已顯得尤為重要。海岸帶區域由于地形復雜，分布有基巖、灘涂、紅樹(shù)林及沙灘等，許多區域難以進(jìn)人開(kāi)展控制點(diǎn)的布設與測量；這種難以施測的問(wèn)題同時(shí)也造成了灘涂海岸地區測量精度低下，采用實(shí)地測量方式具有施測周期長(cháng)、工作量大、費時(shí)費力的問(wèn)題。應用機載LiDAR進(jìn)行海岸帶地形測繪具有大范圍、低成本、周期短、精度高、能有效祛除植被的特點(diǎn)。

　　機載激光雷達（Light Detection And Ranging，LiDAR）集成了激光測系統、全球衛星導航系統（Global Navigation Satellite System，GNSS）與慣性測量系統（Inertial Measurement Unit，IMU）集高分辨率航空數碼相機技術(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。它具有較強的植被穿透性、更短的作業(yè)周期以及更低的生產(chǎn)成本；將獲取的LiDAR激光點(diǎn)云數據經(jīng)過(guò)處理與編輯，最終能得到測區的DSM、DEM、DOM、DLG等地形圖產(chǎn)品，基于這些特點(diǎn)，它在城市三維建模、資源勘察、森林調查、地形測繪、災害監測、海島海岸帶調查等方面的應用具有獨特優(yōu)勢。

　　1、 測區范圍及實(shí)施過(guò)程

　　1.1 測區范圍

　　新會(huì )港至銀湖灣沿岸，測繪岸線(xiàn)（潮間帶）200m范圍，測區岸線(xiàn)長(cháng)約80km，由于該區域岸線(xiàn)主要以人工堤岸為主，岸線(xiàn)位置界定在堤岸坡頂外緣線(xiàn)，向海一側獲取0.5m分辨率DOM、DEM以1∶2000地形圖（DLG），成果坐標系統采用WGS-84、CGCS2000，高程系統采用1985國家高程基準。

　　1.2 實(shí)施過(guò)程

　　本次項目采用機載激光雷達（LiDAR）掃描技術(shù)，航飛平臺為運-5飛機，設備為美國天寶公司的Harrier68i系統。數碼相機為Rollei Metric AIC Pro65；慣導系統型號為Applanix POS/AV 系列，采樣頻率200Hz；激光掃描儀的型號為Riegl LMS-Q680i，最大脈沖頻率400kHz，掃描角度45°/60°，相對航高H為1200m，航向重疊度為60%，旁向重疊度為30%，Lidar數據點(diǎn)密度1.72點(diǎn)/m2，測區范圍共布設12條航線(xiàn)。

　　（1）地面參考站布設。本次航飛測量共布設了7個(gè)四級GPS點(diǎn)作為地面參考站點(diǎn)。地面靜態(tài)基站設備使用天寶5700和天寶5800雙頻GPS接收機，采用地面靜態(tài)基站模式進(jìn)行數據采集，采樣間隔為1s。

　　（2）參考面布設。參考面布設是為了糾正激光點(diǎn)的平面和高程數據，平面主要采集公路斑馬線(xiàn)或球場(chǎng)角等地面上的明顯分界線(xiàn)，高程主要采集比較平整的堅硬地面、球場(chǎng)硬化平整區域等，通過(guò)參考面區域的平面和高程對比糾正，求出測區的改正參數，可以糾正測區的激光點(diǎn)平面及高程數據。為保證數據處理的精度，消除系統誤差，在測區范圍內測量部分高程和平面參考數據，本項目共做了8個(gè)參考面。

　?。?）參考面測量。參考面平面和高程都采用GPS-RTK，平面測量主要采集路邊線(xiàn)和有規則的房屋等，每處一般為20個(gè)，總點(diǎn)數不少于10個(gè)。參考面高程測量選在比較平整的堅硬地面，旁邊無(wú)障礙物阻擋。采集高程數據點(diǎn)間距為1～2m，總點(diǎn)數不少于20個(gè)。

　　2、 LiDAR及原始影像數據預處理

　　LiDAR數據主要采用TOPPIT軟件處理，POS數據采用POSPAC軟件處理，影像數據采用INPHO_orthovista軟件處理。

　　（1）導航文件制作：利用POS姿態(tài)數據與地面GPS基站數據聯(lián)合處理，獲取導航數據文件，處理過(guò)程中要查看導航數據的起止時(shí)間是否與實(shí)際飛行時(shí)間匹配，飛行軌跡是否完整，無(wú)中斷；導航數據精度指標是否滿(mǎn)足要求，注意查看衛星質(zhì)量圖。

　　（2）控制文件制作：檢查航帶是否存在漏飛現象的同時(shí)通過(guò)覆蓋數據范圍制作控制文件，檢查激光數據和影像數據是否覆蓋了整個(gè)測區范圍，是否有數據漏洞、條帶遺失。

　　（3）三維激光點(diǎn)云坐標計算（預處理+航帶校正）：將原始激光數據進(jìn)行預處理生成原始的三維激光點(diǎn)云數據，然后將原始點(diǎn)云數據依據實(shí)測的平面和高程控制點(diǎn)進(jìn)行平面和高程校正，計算出地表目標物的空間三維坐標。

　　3、 LiDAR數據后處理

　　3.1 激光點(diǎn)云分類(lèi)

　　用TerraSolid軟件基于不規則三角網(wǎng)原理，通過(guò)設定參數閾值進(jìn)行濾波，濾波出分離地面點(diǎn)和非地面點(diǎn)，閾值大小設置取決于測區的地形以及植被的高低、密度等。將分離出來(lái)的非地面點(diǎn)進(jìn)行細分：根據點(diǎn)的高度、分布的形狀、密度、坡度等特征，對非地面點(diǎn)云進(jìn)行分類(lèi)。

　　3.2 DEM制作

　　制作DEM主要采用TOPPit軟件，DEM是用激光數據的末次回波生成的，是在用末次回波制作的DSM的基礎上過(guò)濾掉地表高于地面的物體（如樹(shù)木.房屋等）后生成的起伏的地面模型，主要過(guò)程為：

　?。?）格網(wǎng)化，將經(jīng)過(guò)校正的點(diǎn)云數據根據其坐標值按照一定的點(diǎn)間隔插入到規則格網(wǎng)中；

　?。?）填補小縫隙，將影像中存在的小縫隙、小黑洞用其周?chē)c(diǎn)的灰度值填充起來(lái)，使其有高程值；

　?。?）去除粗差點(diǎn)，將比地面點(diǎn)或者地物點(diǎn)高很多的粗差點(diǎn)去除；

　?。?）生成浮雕影像，將經(jīng)過(guò)填充和去除粗差點(diǎn)處理的點(diǎn)云數據生成浮雕影像，使點(diǎn)云數據生成三維模型，以便更直觀(guān)的反映地表的情況；

　?。?）過(guò)濾，對經(jīng)過(guò)填充和去除粗差點(diǎn)處理的點(diǎn)云過(guò)濾處理，將地表的一些地物（如房屋，植被地物等）濾除掉；

　?。?）手工編輯，用程序自動(dòng)過(guò)濾后，往往有些地物都沒(méi)有過(guò)濾干凈，因此需要人工干預處理，將未過(guò)濾掉的地物手工擦除；

　?。?）經(jīng)過(guò)過(guò)濾后影像上存有很多黑洞，需應用黑洞周?chē)狞c(diǎn)高程值內插，使地面平坦、連續；

　?。?）裁剪重疊區，將每幅影像邊緣的重疊區裁剪掉，生成DEM模型。

　　3.3 DOM制作

　　對LiDAR數據同步獲取的航空遙感影像空間分辨率為0.18m，使用LIDAR中生成的DEM結合地面控制點(diǎn)數據對對影像進(jìn)行正射校正，生成經(jīng)過(guò)校正的單幅正射影像，對正射影像進(jìn)行勻色，對多幅影像進(jìn)行拼接，制作適當的影像鑲嵌線(xiàn)，根據鑲嵌線(xiàn)和勻色后的影像進(jìn)行分幅處理，最終獲取正射影像DOM。

　　3.4 DLG制作

　　1∶2000DLG采用“激光點(diǎn)云輔助正射影像進(jìn)行矢量化法”進(jìn)行繪制，外業(yè)調繪成圖。

　　先對正射影像和激光點(diǎn)云數據進(jìn)行匹配，根據分類(lèi)后的非地面點(diǎn)結合高精度正射影像圖繪制明顯的地物，包括道路，房屋，水塘等、設施、田埂、陡坎、水溝等要素。利用DEM數據生成等高線(xiàn)，對等高線(xiàn)進(jìn)行編輯、抽稀、圓滑等處理，保留特征點(diǎn)，然后再對高程標注。

　　4、 結語(yǔ)

　　機載LiDAR具有大范圍、快速獲取地面高精度三維坐標，結合航空數碼影像能夠生產(chǎn)出大比例尺地形圖的特點(diǎn)，尤其是在人工不宜作業(yè)的區域，優(yōu)勢就更為明顯，本次獲取的海岸帶大比例尺地形圖對于江門(mén)市海岸地形變化監測、岸線(xiàn)變遷、風(fēng)暴潮淹沒(méi)分析、災害預警和災害評估等可發(fā)揮重要的作用。

猜你喜歡：

LIDAR技術(shù)在林區輸電線(xiàn)路工程中的應用

基于LiDAR的測高數據制作DEM方法

版權聲明：文章來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )，登載此文出于傳遞更多信息之目的，版權歸原作者及刊載媒體所有，如本文中圖片或文字侵犯您的權益，請聯(lián)系我們。