激光LIDAR 航測技術(shù)應用在河道測繪

機載激光LIDAR數據被廣泛應用于地形測繪、農林業(yè)、電力行業(yè)、公路勘察設計、海岸工程、數字城市等各個(gè)領(lǐng)域。今日我們就說(shuō)說(shuō)激光LIDAR 航測技術(shù)在河道測繪方面的發(fā)揮的功效。

一、數據獲取

數據獲取技術(shù)其中關(guān)鍵技術(shù)有包括航線(xiàn)設計、點(diǎn)云檢校、差分解算、質(zhì)量檢查等工作。

（１）激光LIDAR 設備

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

（２）航線(xiàn)敷設

按照測區范圍的不規則窄長(cháng)形帶狀區域，采用沿河流方向的方式制作航線(xiàn)敷設計劃，盡量減少冗余飛行范圍。

（３）航攝數據質(zhì)量檢查

數據獲取結束后，從數據文件、POS數據質(zhì)量、基站數據質(zhì)量、點(diǎn)云數據質(zhì)量、影像數據質(zhì)量５個(gè)方面進(jìn)行檢查。其中，點(diǎn)云數據質(zhì)量的檢查項包括航帶重疊、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)云數據密度、點(diǎn)云精度。

二、數據處理

基于LiDAR數據制作DEM主要流程包括：航攝數據收集和檢查、數據分塊、航帶重疊區處理、坐標轉換、DEM制作。

（１）點(diǎn)云濾波

利用機載LiDAR數據處理軟件，采用算法對激光點(diǎn)云數據進(jìn)行過(guò)濾，將植被、建筑物、電力設施等地物數據分類(lèi)成非地面點(diǎn)數據，將地表數據分類(lèi)為地面點(diǎn)，從而實(shí)現點(diǎn)云的自動(dòng)濾波。

２）坐標轉換

機載LiDAR獲取的數據為WGS-84坐標，成果坐標系統為北京地方坐標系，需要進(jìn)行坐標轉換?；谧鴺宿D換模型和似大地水準面精化成果，將接邊后的點(diǎn)云數據轉換到北京地方坐標系。

（３）DEM制作

利用編輯后的地面層數據和特征線(xiàn)數據，構建不規則三角網(wǎng)。將TIN按規定的格網(wǎng)尺寸進(jìn)行內插，形成規則格網(wǎng)的DEM。

（４）DEM質(zhì)量檢查

對DEM的檢查內容包括：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，精度統計采用外業(yè)RTK實(shí)測地面點(diǎn)與DEM內插點(diǎn)高程比較，統計DEM高程中誤差。

河道測繪中的難點(diǎn)

傳統DLG制作，所有要素的采集均是采用立體采集結合外業(yè)調繪的方式，然而，水利規劃設計對高程要素格外重視。精度方面，高程點(diǎn)精度需達到激光LIDAR 數據的精度，密度方面，全部坡坎應首尾控制、每隔３－５cm有一高程注記點(diǎn)，河道坡腳按照圖上距離３cm標注高程，灌渠內按３－５cm中提取高程。同時(shí)，等高線(xiàn)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數據的等高線(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?。?/span>

（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)云地面層中依據最近鄰算法提取高程點(diǎn)。

三、項目成果應用

在獲取機載激光LIDAR 的過(guò)程中，同時(shí)獲取了影像數據。最終，本項目獲得三種基礎測繪產(chǎn)品，即數字高程模型、數字正射影像和數字線(xiàn)劃圖，在此基礎上，突破傳統二維地圖的限制，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，采用地理信息系統技術(shù)實(shí)現三維場(chǎng)景搭建，對河道整體概貌實(shí)現立體化展現，共同為水利規劃、河道建設與運營(yíng)提供可持續發(fā)展的信息化服務(wù)。

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