激光LIDAR 航測技術應用在河道測繪

發布日期：2019-07-03 00:00 瀏覽量：11246

機載激光LIDAR數據被廣泛應用于地形測繪、農林業、電力行業、公路勘察設計、海岸工程、數字城市等各個領域。今日我們就說說激光LIDAR 航測技術在河道測繪方面的發揮的功效。

一、數據獲取

數據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、質量檢查等工作。

（１）激光LIDAR 設備

為了滿足測區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

按照測區范圍的不規則窄長形帶狀區域，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）航攝數據質量檢查

數據獲取結束后，從數據文件、POS數據質量、基站數據質量、點云數據質量、影像數據質量５個方面進行檢查。其中，點云數據質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、點云數據密度、點云精度。

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）點云濾波

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

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，需要進行坐標轉換。基于坐標轉換模型和似大地水準面精化成果，將接邊后的點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數據，構建不規則三角網。將TIN按規定的格網尺寸進行內插，形成規則格網的DEM。

（４）DEM質量檢查

對DEM的檢查內容包括：空間參考系、位置精度、邏輯一致性、時間精度、柵格質量等。其中，精度統計采用外業RTK實測地面點與DEM內插點高程比較，統計DEM高程中誤差。

河道測繪中的難點

傳統DLG制作，所有要素的采集均是采用立體采集結合外業調繪的方式，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，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，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數據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，同時獲取了影像數據。最終，本項目獲得三種基礎測繪產品，即數字高程模型、數字正射影像和數字線劃圖，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實現三維場景搭建，對河道整體概貌實現立體化展現，共同為水利規劃、河道建設與運營提供可持續發展的信息化服務。

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