機(jī)載激光雷達(dá)遙感技術(shù)在測(cè)繪領(lǐng)域的應(yīng)用

嚴(yán)明

摘要：機(jī)載激光雷達(dá)遙感技術(shù)應(yīng)用于測(cè)繪領(lǐng)域中，能夠穿透薄云、輕霧以及部分植被樹葉的阻擋，精準(zhǔn)度高，在測(cè)繪領(lǐng)域被廣泛的運(yùn)用?；诖耍疚膶?duì)機(jī)載激光雷達(dá)遙感技術(shù)在測(cè)繪領(lǐng)域的運(yùn)用展開了一些探討，僅供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)載激光雷達(dá) 遙感技術(shù) 測(cè)繪工作

作為能夠穿透不同植被的樹葉、穿透多云層、不需要進(jìn)入具體的測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，以及能夠提供更加密集更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)的測(cè)量系統(tǒng)，機(jī)載激光雷達(dá)遙感系統(tǒng)在具體應(yīng)用方面取得了較為出色的表現(xiàn)。而在測(cè)繪領(lǐng)域，機(jī)載激光雷達(dá)遙感系統(tǒng)也能夠精準(zhǔn)的分析出地表以及相關(guān)測(cè)繪要求的信息，幫助測(cè)繪人員進(jìn)行專業(yè)的數(shù)據(jù)采集，為測(cè)繪工作提供更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持，保證測(cè)繪工作的順利進(jìn)行。

1 機(jī)載激光雷達(dá)遙感系統(tǒng)

機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)特點(diǎn)可以非常方便的對(duì)地表空間結(jié)構(gòu)經(jīng)行分類、分割。非常方便對(duì)有空間特征的物體經(jīng)行提取、統(tǒng)計(jì)、分析。機(jī)載激光雷達(dá)遙感系統(tǒng)是集定位系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)以及激光掃描系統(tǒng)和攝影系統(tǒng)，特別是航空攝影系統(tǒng)于一體的測(cè)量系統(tǒng)，它能夠快速的分辨出大面積的地表地理信息，并且在數(shù)據(jù)傳輸方面擁有較高的分辨率，能夠幫助測(cè)繪人員及時(shí)的獲取相關(guān)的測(cè)繪數(shù)據(jù)，并建立數(shù)字模型和數(shù)據(jù)分析，是自GPS 發(fā)明后的另一大重要的技術(shù)革新，也是目前我國(guó)測(cè)繪領(lǐng)域未來發(fā)展的方向之一。

2 機(jī)載激光雷達(dá)遙感系統(tǒng)在測(cè)繪領(lǐng)域的應(yīng)用

機(jī)載激光雷達(dá)遙感系統(tǒng)在測(cè)繪領(lǐng)域中的運(yùn)用，可以利用激光來實(shí)現(xiàn)對(duì)物體之間距離的探測(cè)，并實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)字信息的采集，信息采集完成之后就能夠利用相關(guān)軟件來構(gòu)建出高精度的數(shù)字表現(xiàn)模型，使工作人員更加充分的了解被測(cè)量物的地理位置信息數(shù)據(jù)。隨著該技術(shù)在各領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，其還將與CCD、POS等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行有效的結(jié)合，提高其自身的應(yīng)用價(jià)值。

2.1機(jī)載激光雷達(dá)遙感系統(tǒng)的特點(diǎn)

同其他測(cè)繪系統(tǒng)相比，機(jī)載激光雷達(dá)遙感系統(tǒng)能夠擁有更高的精度，更高的密度和更高的效率，更高的分辨率，它能夠真實(shí)的反映地形地貌的特征，代替技術(shù)人員進(jìn)行相關(guān)的測(cè)繪，并將數(shù)據(jù)以更快的效率傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)中，將傳輸誤差控制在較小的范圍內(nèi)，再經(jīng)過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析和演算中建立高精度的地表模型和數(shù)字模型以及高分辨率的數(shù)碼影像。

在測(cè)量方式方面，機(jī)載激光雷達(dá)遙感系統(tǒng)的測(cè)量方式以主動(dòng)測(cè)量為主，由于其穿透力較強(qiáng)，對(duì)于多云等天氣也有著較強(qiáng)的測(cè)繪能力，不會(huì)受天氣數(shù)值的影響，將外界的干擾因素影響降到了最低。而在機(jī)載激光雷達(dá)遙感系統(tǒng)具體應(yīng)用中，由于其搭載了自動(dòng)化操作系統(tǒng)，因此從飛行路線的設(shè)計(jì)到最后數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)獲取和模型分析、圖片處理中都有著較高的自動(dòng)化程度，減少了工作人員的操作次數(shù)，節(jié)省工作人員的操作精力，為工作人員進(jìn)行后續(xù)的工作提供了便利。

2.2機(jī)載激光雷達(dá)遙感系統(tǒng)在測(cè)繪領(lǐng)域的具體應(yīng)用

為了驗(yàn)證機(jī)載激光雷達(dá)遙感系統(tǒng)的應(yīng)用效果，試驗(yàn)區(qū)選取于常州市新北區(qū)小黃山區(qū)域。范圍北至Y203公路，東至江宜高速，南至小梁線，齊梁大道、孟河大道，西至孟城東路。該攝區(qū)涉及地形和地類比較齊全，元素豐富，利于開展本次應(yīng)用研究。

2.2.1點(diǎn)云精度檢測(cè)及精度調(diào)整優(yōu)化

對(duì)該攝區(qū)范圍內(nèi)的機(jī)載激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)行高精度調(diào)整。通過均勻布設(shè)的地面控制點(diǎn)糾正點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后導(dǎo)入地面檢查點(diǎn)檢查，驗(yàn)證點(diǎn)云精度。同時(shí)比對(duì)未作高精度校準(zhǔn)和校準(zhǔn)后的檢查點(diǎn)高程精度。

數(shù)據(jù)精度校正控制點(diǎn)和檢查點(diǎn)測(cè)量。點(diǎn)位選取平地鋪裝路面特征處，如斑馬線角點(diǎn)、行道線拐點(diǎn)、道理交叉拐點(diǎn)，窨井蓋中心點(diǎn)等。測(cè)量使用GPS-RTK多測(cè)回（3次以上）測(cè)量去平均值的方式確定。

共布設(shè)控制點(diǎn)14個(gè)，平均每條航帶2-3個(gè)點(diǎn)。檢查點(diǎn)75個(gè)，測(cè)區(qū)均勻分布。

2.2.2精細(xì)點(diǎn)云分類

對(duì)校正好的點(diǎn)云進(jìn)行精細(xì)分類，采用自動(dòng)分類和人機(jī)交互式分類兩種模式。點(diǎn)云精細(xì)分類內(nèi)容和原則：

（1）地面點(diǎn)層：包括常規(guī)地表點(diǎn)、植被下地表點(diǎn)、涵洞入口、隧道入口、地下車庫(kù)入口，高架橋底部可見部分、架空通道底部可見部分、露天下沉式空間區(qū)域等。

（2）低植被點(diǎn)層：高度低于1.5m的低矮灌木、城市低矮綠化植被等。

（3）高植被點(diǎn)層：可以明顯區(qū)分樹干和樹冠區(qū)域的成型樹木，如山地中的林木、城區(qū)行道樹等。

（4）混合植被點(diǎn)層：山區(qū)和公園區(qū)域難以區(qū)分密集植被。

（5）建筑物點(diǎn)層：頂部面積大于2平方米的人工構(gòu)筑物都須進(jìn)行分類處理。

（6）高壓線層：高大電塔及附屬電線。

（7）噪點(diǎn)層：航帶冗余點(diǎn)和其他點(diǎn)。

2.2.3 精細(xì)DEM、DSM制作

為充分利用機(jī)載激光雷點(diǎn)云數(shù)據(jù)，為后期高精度等高線制作創(chuàng)造有利條件，需要盡量多的保留地面點(diǎn)。所以在地面點(diǎn)探測(cè)過程中，將常用的探測(cè)最小距離改為約等于本次點(diǎn)云相鄰點(diǎn)間距，地面點(diǎn)保留的閾值改為本次等高線擬生成間距0.1米。最終成果保留了絕大部分地面點(diǎn)。

對(duì)所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)行排查，對(duì)因遮擋或植被太密集導(dǎo)致無法獲取有效點(diǎn)的區(qū)域，依據(jù)臨近關(guān)系，人工補(bǔ)充勾繪少量特征點(diǎn)、線。DEM制作利用分類后的地面點(diǎn)生成。在DEM生成的過程中基于地面點(diǎn)和特征點(diǎn)、線按照0.25米格網(wǎng)間距內(nèi)插生成精細(xì)DEM。

2.2.4 等高線生成

基于精細(xì)DEM可以自動(dòng)生成0.1米等高距的等高線。該種等高線能夠精細(xì)反應(yīng)地表模型，可以準(zhǔn)確還原地表真實(shí)形態(tài)。

2.2.5 試驗(yàn)區(qū)冠層高度模型構(gòu)建

CHM （冠層高度模型）排除了地形的影響，反映了樹木高度在空間上的分布情況。即使孤立分布的一棵樹都可以在CHM中表達(dá)出來。CHM是林業(yè)管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可以作為樹木砍伐、生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)的決策依據(jù)。在對(duì)激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，獲得地面點(diǎn)和樹木點(diǎn)后，即可計(jì)算CHM。

CHM的生成方法主要有兩種。一種基于DEM和DSM。該方法首先DEM和只包含地面點(diǎn)和樹木點(diǎn)的DSM。通過計(jì)算DSM和DEM的差值即可得到CHM。第二種是先將樹木點(diǎn)的高程減去對(duì)應(yīng)的地面點(diǎn)高程，而后在歸一化點(diǎn)云的基礎(chǔ)上生成CHM。

3 機(jī)載激光雷達(dá)遙感技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

機(jī)載激光雷達(dá)是一種新型的傳感裝置，它在實(shí)際應(yīng)用過程中能夠高精度、更快速的實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信息的采集，并且能夠幫助測(cè)繪工作人員對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以及處理。在我國(guó)測(cè)繪領(lǐng)域，機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)同LIDAR 系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合、同遙感技術(shù)結(jié)合、同現(xiàn)代激光系統(tǒng)和POS 定位技術(shù)進(jìn)行結(jié)合已經(jīng)成為我國(guó)未來的機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)展方向。我們相信，伴隨著科技水平的不斷發(fā)展和提升，機(jī)載激光雷達(dá)遙感技術(shù)的應(yīng)用水平也必然會(huì)得到較為明顯的提升，比如，由于機(jī)載激光雷達(dá)遙感技術(shù)由于其具備較強(qiáng)的穿透能力，因此該技術(shù)在地形測(cè)量、森林資源調(diào)查及城市建模工作中具有非常良好的應(yīng)用前景。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在機(jī)載激光雷達(dá)遙感系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展過程中，雖然其發(fā)展時(shí)間較短，但是卻擁有著更高的精準(zhǔn)度好更快的數(shù)據(jù)傳輸速度，能夠進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)模型構(gòu)建，是未來測(cè)繪行業(yè)的最新的發(fā)展方向。本文研究工作的主要工作量集中在點(diǎn)云精細(xì)分類過程中。研究表明基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以精確，快捷的進(jìn)行植被、水體覆蓋率分析。對(duì)城市綠量的分析基本可以做到自動(dòng)化，分析結(jié)果也較常規(guī)手段更加正式可靠?；邳c(diǎn)云生成的DEM，在分析和應(yīng)用上較傳統(tǒng)DEM更加精細(xì)?？梢詫?duì)邊坡預(yù)警提供有效支撐，可以用于礦區(qū)資源的現(xiàn)狀量化調(diào)查。對(duì)城市綠化行道樹的管理可以更精細(xì)化。通過本次研究可以得出結(jié)論：機(jī)載激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以用于自然資源調(diào)查等相關(guān)領(lǐng)域，滿足日常業(yè)務(wù)管理需求。

參考文獻(xiàn)

[1]秦海明，王成，習(xí)曉環(huán).機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)深技術(shù)與應(yīng)用研究進(jìn)展[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用， 2016，031（004）：617-624.