激光LIDAR 航测技术应用在河道测绘

2019-07-03

机载激光LIDAR数据被广泛应用于地形测绘、农林业、电力行业、公路勘察设计、海岸工程、数字城市等各个领域。今日我们就说说激光LIDAR 航测技术在河道测绘方面的发挥的功效。

一、数据获取

数据获取技术其中关键技术有包括航线设计、点云检校、差分解算、质量检查等工作。

（１）激光LIDAR 设备

为了满足测区的采集要求和工期进度，综合考虑飞机布局、航速、航高、设备安装及安全性能，并结合国内航飞资源情况,选择机型搭载激光LIDAR 航摄仪。

（２）航线敷设

按照测区范围的不规则窄长形带状区域，采用沿河流方向的方式制作航线敷设计划，尽量减少冗余飞行范围。

（３）航摄数据质量检查

数据获取结束后，从数据文件、POS数据质量、基站数据质量、点云数据质量、影像数据质量５个方面进行检查。其中，点云数据质量的检查项包括航带重叠、点云覆盖度、同架次不同航带拼接限差、不同架次不同航带拼接误差、点云数据密度、点云精度。

二、数据处理

基于LiDAR数据制作DEM主要流程包括：航摄数据收集和检查、数据分块、航带重叠区处理、坐标转换、DEM制作。

（１）点云滤波

利用机载LiDAR数据处理软件，采用算法对激光点云数据进行过滤，将植被、建筑物、电力设施等地物数据分类成非地面点数据，将地表数据分类为地面点，从而实现点云的自动滤波。

２）坐标转换

机载LiDAR获取的数据为WGS-84坐标，成果坐标系统为北京地方坐标系，需要进行坐标转换。基于坐标转换模型和似大地水准面精化成果，将接边后的点云数据转换到北京地方坐标系。

（３）DEM制作

利用编辑后的地面层数据和特征线数据，构建不规则三角网。将TIN按规定的格网尺寸进行内插，形成规则格网的DEM。

（４）DEM质量检查

对DEM的检查内容包括：空间参考系、位置精度、逻辑一致性、时间精度、栅格质量等。其中，精度统计采用外业RTK实测地面点与DEM内插点高程比较，统计DEM高程中误差。

河道测绘中的难点

传统DLG制作，所有要素的采集均是采用立体采集结合外业调绘的方式，然而，水利规划设计对高程要素格外重视。精度方面，高程点精度需达到激光LIDAR 数据的精度，密度方面，全部坡坎应首尾控制、每隔３－５cm有一高程注记点，河道坡脚按照图上距离３cm标注高程，灌渠内按３－５cm中提取高程。同时，等高线信息需与机载激光LIDAR 所生成的DEM保持一致。针对高程要素方面的需求，设计了基于LiDAR数据的等高线生成和高程点提取方法。

基于LiDAR的等高线生成方法，其关键步骤为：

（１）从分类后点云的地面点层中，顾及点间距和地形特征，提取地形特征

（２）由地形特征点提取等高线；

（３）光滑提取的等高线；

（４）人工对特殊等高线进行编辑完善。

基于LiDAR的高程点提取，根据需求将其划分为两类，第一类是沿线等间距高程点提取，第二类是零散高程点提取。

其中，第一类的方法是：

（１）沿目标地物画折线；

（２）简化折线，去掉冗余的折点；

（３）等间距加密折线；

（４）提取折点平面位置；

（５）利用最近邻算法，从点云地面层中提取高程点。

第二类零散高程的提取：

（１）人工确定带提取的高程点平面位置；

（２）利用最近邻算法，从点云地面层中依据最近邻算法提取高程点。

三、项目成果应用

在获取机载激光LIDAR 的过程中，同时获取了影像数据。最终，本项目获得三种基础测绘产品，即数字高程模型、数字正射影像和数字线划图，在此基础上，突破传统二维地图的限制，收集、整合、挖掘永定河及其周边的三维信息，基于三维软件平台，采用地理信息系统技术实现三维场景搭建，对河道整体概貌实现立体化展现，共同为水利规划、河道建设与运营提供可持续发展的信息化服务。

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