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高精度测绘产品输气管线首选机载 Lidar 技术

2019-04-18

Lidar技术在空间信息技术快速发展的趋势下，成为航天、航空领域最具有代表性的测绘技术之一。Lidar技术是一种全新的数据获取手段，是继 GPS 空间定位系统之后又一项测绘技术的新突破。以飞行平台为载体，通过发射激光对地面进行扫描，连续自动记录目标的形态、位置和反射强度等数据，获取地面的三维信息以及目标的状态和特性等遥感数据，并深入加工得到所需空间的信息。

随着机载Lidar技术受到越来越多人的重视，其各行业领域的应用也非常之广，如测绘、林业、水利、海洋、电力、数字城市等。今日我们就来说说在输气管线工程中机载Lidar的应用。

航摄项目要求是1:2000的比例尺3D产品，由于对DEM的精度要求较高，常规的航空摄影测量很难满足精度要求，达不到客户的要求，最后使用机载Lidar技术生产 DEM,采用了国际上最先进的Riegal机载激光雷达系统获取影像数据及点云数据。

整个摄区所处的范围呈带状分布，南北走向，北低南高，最低处海拔约 20 m，最高处约 900 m。线路所经地区北部地形以平原微丘为主，南部以山地为主，植被发达。

1、获取点云数据

航线设计以满足影像获取及点云密度为基准。航摄飞行完成后，首先通过软件对精密星历及钟差文件进行差分解算，得出航迹文件。在软件中导入航迹文件，结合激光测距数据( SDF 数据)对原始点云数据进行解码处理。最后通过控制点构成控制面对测区进行航带校正等处理输出点云( LAS) 以及影像数据。

2、点云精度检测

精度检测即 LAS 点云与地面检校点之间的点云绝对精度的检查。点云精度检测以全野外方式获取的地面点作为检测点，分别在 A、B、C、D 区进行了精度检测，检测点位置多位于硬化路面。检测时，以检测点为中心，将搜索半径范围内的点云数据拟合构面，检测点高程与该点在面上的投影位置高程进行比较，以获得的差值进行精度统计。

经过内业点云成果检查，平均点云密度为大于等于 1 个/m2。量取外业检测高程点 563 个，高程中误差为 0． 051 3 m，符合表 1 要求，满足任务需要。

3、加密精度

根据测区带状分布的特点，要求在构架航带连接处必须布设像控点，且尽量公用，其余按照 2 条航带 20 条基线布设。全区共布设像控点 467 个，全部为平高点。根据获取的控制点成果，采用全数字摄影测量工作站 SSK 自动空三加密模块通过光束法区域网平差得到加密点成果。结合惯导精度及外业布点情况，本测区分为 3 个加密分区。

加密分区.png

( 1) 相对定向精度

采用全数字摄影测量工作站 SSK 自动空三加密模块和人工选点相结合的方法进行模型连接。各加密分区连接点上下视差中误差，各区精度均优于 1． 7 μm 的精度要求。

(2) 绝对定向精度

绝对定向即把像控点通过光束法区域网进行平差。平差时选取适量的像控点作为检查点，用以评价空三加密的精度。

成图精度

本测区对 DLG 平面位置中误差、高程注记点对附近野外高程控制点的高程中误差、DEM 高程精度以及 DOM 平面精度进行了精度统计，均满足规范要求］，其中 DEM 精度远远优于要求指标。

综上所述，机载 Lidar 点云结合航空摄影测量生产“3D”产品，不仅工期短效率高，而且高程精度优于常规航空摄影测量，尤其对于高植被覆盖区，激光能穿透植被遮挡获取地表点云，从而生成高精度的 DEM 产品。建议输气管线、铁路、公路等要求高精度测绘产品的设计施工领域应首先考虑利用机载 Lidar 技术，但点云密度决定 DEM 的精度，也影响飞行成本及后期工作量。因此，应根据项目要求确定合理的生产工艺以减少资源浪费。