機載激光雷達測量技術(shù)在大比例地形測繪中的運用及優(yōu)勢

郭雙建

（西安長安大學(xué)工程設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710054）

機載激光雷達（LIDAR）最初在20世紀(jì)的90年代末期發(fā)展起來，其屬于一門比較新型的遙感技術(shù)，其發(fā)展到當(dāng)前的時代，大概經(jīng)歷了三十多年的歷史。特別是在最近的幾年中，我們國家的有關(guān)研究人員針對LIDAR技術(shù)給予了深入的研究，同時還強化了在有關(guān)設(shè)備上的投入與使用，在具體應(yīng)用的結(jié)果上分析來看其獲得的成績是十分理想的，可是盡管是這樣其自身仍然有很多的問題與不足，所以仍然需要強化對相關(guān)內(nèi)容所進行的研究以及分析[1]。

1 LIDAR技術(shù)特點

LIDAR系統(tǒng)和機載GPS以及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)INS以及CCD之間實現(xiàn)了有效的融合，除此之外還能夠達成對于空間上的準(zhǔn)確定位[2]。在對其自身距離進行實際測量的時候，其選擇的是一種激光的方式，這樣的一種形式與以往所使用的一種航空攝影測量進行相關(guān)對比的話可以看出，其主要的主要體現(xiàn)在以下的幾點不同的方面上：

（1）在進行大比例地形測繪中測量的過程中，其本身并不會受到太陽角度以及陰影溫度等對于高程精度產(chǎn)生的不利影響，同時也并不會因為航高而對其產(chǎn)生制約。

（2）產(chǎn)品其自身的多樣行相對較多，在實際進行作業(yè)過程中具備非常多的可選性。

（3）通過測量能夠得到非常多的大比例地形測繪信息。

（4）外界作業(yè)量有所降低，使得工作效率獲得提升。

機載LIDAR系統(tǒng)其屬于綜合航攝影響以及空中數(shù)據(jù)定位所產(chǎn)生并設(shè)計完成的，所以在實際進行作業(yè)過程中，能夠為工程的應(yīng)用以及數(shù)字制圖提供持續(xù)快速穩(wěn)定的地面模型數(shù)據(jù)以及高分辨率數(shù)字的一種正攝影?？偟膩碇v，在實際進行作業(yè)的時候，需要對LIDAR系統(tǒng)進行使用，并且獲得數(shù)據(jù)的平均精準(zhǔn)度其自身可以滿足0.5m，在高程上的精準(zhǔn)度則可以提升到0.3m，地面間采集點其彼此之間的間隔不可以超出1.5m。

2 LIDAR測量技術(shù)中的重點問題分析

2.1 飛行設(shè)計

飛行設(shè)計可以說是激光雷達航進行大比例地形測繪里的一個不可忽視的核心環(huán)節(jié)，切實的進行好這一項目的設(shè)計是使得LIDAR技術(shù)能夠在當(dāng)前共公勘察設(shè)計過程中充分的將其自身的良好作用發(fā)揮到位的基礎(chǔ)，并且在當(dāng)前實際進行作業(yè)過程中，還需要使得采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)能夠保持自身的準(zhǔn)確性，通過這樣的一種方式使得數(shù)據(jù)成果自身的精度可以滿足預(yù)期想要達到的要求標(biāo)準(zhǔn)[3]。飛行設(shè)計之前還需要本著經(jīng)濟和安全以及高效等基礎(chǔ)原則，把當(dāng)前的項目成果數(shù)據(jù)當(dāng)成是核心追求的一個目標(biāo)，除此之外還需要針對當(dāng)前的地貌和地形等基礎(chǔ)給予詳細(xì)并且有效的分析，除此之外還需要融合LIDAR設(shè)備自身具備的發(fā)展優(yōu)勢，對于適宜的飛行參數(shù)進行確認(rèn)，通過這樣的方式使其能夠質(zhì)量更高的數(shù)據(jù)。

2.2 坐標(biāo)與高程轉(zhuǎn)換

機載LIDAR技術(shù)可以快速對于地面對象具體的三維坐標(biāo)信息進行獲取。當(dāng)前，我們國家的很多項目在實際進行建設(shè)的視乎使用的都是國家坐標(biāo)系或者是正坐標(biāo)系，而GPS測量成果則使用的是一種WGS-84大地坐標(biāo)。所以，在對這一問題給予有效分析的時候，需要對于坐標(biāo)和高程系統(tǒng)轉(zhuǎn)換等幾個方面出現(xiàn)的問題給予處置，只有這樣才可以使得最終的通過LIDAR技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)得到保證，最終將其使用到大比例地形測繪中項目的測繪。

2.3 數(shù)據(jù)分類

通過LIDAR技術(shù)獲得的三維離散點數(shù)據(jù)相對比較密集，因此能夠?qū)⑵浣凶觥包c云”。點云數(shù)據(jù)里涉及到的信息是多種多樣的，其中具備一定代表性的信息主要包含了植被和建筑物以及地面等。因此可以看出，進行后期要需要對點云給予適當(dāng)?shù)姆诸?，并且使用這樣的一種形式，去完成植被和地面以及建筑物等相關(guān)信息的獲取。激光點云分類其自身的原理主要是參照激光點以及附近點高程去完成對比，通過這樣的方式對其進行適當(dāng)?shù)姆诸?。從?dāng)前的具體測繪結(jié)果能夠得出，很多LIDAR后的處理軟件，都提供激光點云的一種自動的分類功能，可是這里還需要關(guān)注的一點是，如果想要得到非常理想的一種分類結(jié)果，那么在實際進行操作的時候，其本身還要求有人工對其進行適當(dāng)?shù)母深A(yù)，特別是針對一些環(huán)境相對復(fù)雜多變的區(qū)域，人工干預(yù)起到的作用是不容忽視的。公路進行勘察和設(shè)計的過程中，如果想要獲得最后的數(shù)字地面模型，只要求對于地面點上的激光數(shù)據(jù)進行處置。所以，在實際對問題進行分類的過程中，需要對于激光點云里的非激光地面以及激光地面去進行。

3 大比例地形測繪對LIDAR技術(shù)的應(yīng)用

3.1 大比例地形測繪影像測繪

對LIDAR獲得點云數(shù)據(jù)以及其它相關(guān)的數(shù)據(jù)繼續(xù)的完成所需要的處理，通過這樣的一種形式能夠得到數(shù)字正攝影圖像以及數(shù)字的地形圖。在實際進行作業(yè)的時候為了能夠使得公路勘察設(shè)計多個階段提出的實際要求得到滿足，正攝影圖像當(dāng)前的分辨率通常都需要超出0.2m，地形比例尺其需要保持在1：2000。另外，正攝影像圖能夠?qū)τ谧呃葏^(qū)域的相關(guān)影像給予展現(xiàn)，這一影像和其余地理數(shù)據(jù)以及遙感影像數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)有效的融合，除此之外還能夠進行對于公路當(dāng)前全面給予精準(zhǔn)的勘察，通過這樣的方式使得公路勘察選線的速度得到提升。

3.2 數(shù)字地面模型測繪

數(shù)字地面模型（DTM）測繪在當(dāng)前公路勘察設(shè)計過程中的有效應(yīng)用，其主要體現(xiàn)在橫和縱斷面數(shù)據(jù)屬于當(dāng)前公路輔助設(shè)計提供與其相對的一種數(shù)據(jù)作為有效的支持。地形圖數(shù)字化當(dāng)前因為受到了掃面矢量化其自身精準(zhǔn)性以及原本地圖的準(zhǔn)確性等等幾個方面因素對其產(chǎn)生的影響，所以其自身在速度以及精度上都不能夠與當(dāng)前現(xiàn)代公路勘察設(shè)計進行對比。從當(dāng)前的技術(shù)情況進行分析可以看出，野外實測中包含了很多不同的測量技術(shù)，同時也是精準(zhǔn)度相對比較高的一種方式，可是這樣的一種方式在當(dāng)前具體進行應(yīng)用的過程中，其自身會受到多種不同因素對其產(chǎn)生的不利影響，特別是當(dāng)前基于一些環(huán)境相對比較復(fù)雜的區(qū)域，這樣的一種方式起到的效果則會受到嚴(yán)重的影響。攝影技術(shù)在當(dāng)前的地面模型以及帶狀地圖上其本身的發(fā)展都是主流，同時這樣的一種技術(shù)不管是對速度上的測量疑惑是在精度上的測量，都可以對作業(yè)提出的要求給予滿足，除此之外還需要關(guān)注的問題是，這樣的一種技術(shù)經(jīng)常會被大比例地形的植被和具體的天氣情況所影響。LIDAR技術(shù)當(dāng)前的產(chǎn)生，其非常好的處置了當(dāng)前攝影技術(shù)所需要面對的主要難題，可是這樣的一種技術(shù)其本身發(fā)展的時間相對比較短，所以需要對其相關(guān)內(nèi)容進行研究和有效的分析。

3.3 制作平斷面圖

平斷面圖是當(dāng)前輸電線路勘測不能夠忽視的成果。平面圖使用立體作業(yè)平臺去完成獲取。在當(dāng)前斷面圖進行繪制過程中，中線以及邊線斷面和風(fēng)偏危險點則能夠在DEM里完成提取。因為激光掃描測量系統(tǒng)當(dāng)前進行采集點的密度相當(dāng)大，因此其自身的精度也是比較高的，其中包含了非常豐富的信息，這樣的一種情況讓中線以及邊線斷面能夠共同的得到DEM以及DSM等2種數(shù)據(jù)，同時還能夠與真實地表相貼近，使其能夠地服務(wù)在計算機的一種自動優(yōu)化排位。

3.4 繪制塔基地形圖

從針對環(huán)境保護的角度去考慮，在當(dāng)前超高壓以及特高壓輸電線路勘測設(shè)計過程中的桿塔位全方位高低腿當(dāng)前已經(jīng)成為了一種比較普遍的設(shè)計形式，所以結(jié)構(gòu)專業(yè)針對當(dāng)前大體積地形圖測量提出的要求也在不斷的提升。當(dāng)前條件下線路終勘的一種塔基地形圖一般都使用工測的方式進行測量，其占用了非常多的人力以及時間（50%～70%），這樣的一種方式不但費時費力，并且點還不容易被有效的測量，內(nèi)業(yè)處置的工作量也非常大。當(dāng)前伴隨著激光掃描測量技術(shù)的快速發(fā)展與日益成熟，精度不斷的提升，這樣的一種情況下自然會使得形圖的數(shù)據(jù)收集以及處理朝著自動化的方向發(fā)展。另外，激光點的精度相對比較高，點之間的距大概在2m，在特定區(qū)域完成土方量自動的平衡計算，能夠獲得精準(zhǔn)的土方量值。

3.5 其它方面的應(yīng)用

使用LIDAR忽的到的DTM與0.2m高分辨率影響之間屬于一種疊加的關(guān)系，其自身能夠完成工程具體地貌的建立。這個時候有關(guān)的作業(yè)人員，能夠直接去對崩坍以及滑坡等一些不利的地質(zhì)的邊界和形狀等相關(guān)內(nèi)容去完成所需要的采集，通過這樣的一種方式能剛在很大程度上使得不良地質(zhì)遙感解釋自身的精準(zhǔn)度得到提升。另外，通過對于高分辨率正攝影像以及DTM二者之間進行的有效應(yīng)用，可以將三維輔助公路設(shè)計工作的有效進行，提供強切實可行的一種數(shù)據(jù)支持，通過這樣的方式也能夠讓當(dāng)前大比例地形測繪人員能夠更加直接的進行大比例地形測繪，并且也能夠完成對于當(dāng)前大比例地形測繪里涉及到的隧道以及橋梁等多個不同項目構(gòu)造物之間進行有效的設(shè)置，通過這樣的方式使得公路自身的合理性的提升，使得公路建設(shè)工作能夠快速有效的進行，通過這樣的方式為人們提供一個非常好的大比例地形測繪結(jié)果。

4 結(jié)語

綜上所述，LIDAR測量技術(shù)當(dāng)前的應(yīng)用，這樣的一種方式讓大比例地形測繪勘察效率獲得了明顯的提升，同時還從一定程度上完成了對工程造價的有效控制。在公路大比例地形測繪過程中，合理的使用LIDAR技術(shù)，要關(guān)注的是對其應(yīng)用過程里出現(xiàn)的多種問題完成有效的分析，通過這樣的方式也能夠讓其自身的應(yīng)用效果獲得切實可行的提升。