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激光LIDAR 航測技術(shù)應(yīng)用在河道測繪

發(fā)布日期:2019-07-03 00:00 瀏覽量:10386


機(jī)載激光LIDAR數(shù)據(jù)被廣泛應(yīng)用于地形測繪、農(nóng)林業(yè)、電力行業(yè)、公路勘察設(shè)計(jì)、海岸工程、數(shù)字城市等各個(gè)領(lǐng)域。今日我們就說說激光LIDAR 航測技術(shù)在河道測繪方面的發(fā)揮的功效。

 

一、數(shù)據(jù)獲取

數(shù)據(jù)獲取技術(shù)其中關(guān)鍵技術(shù)有包括航線設(shè)計(jì)、點(diǎn)云檢校、差分解算、質(zhì)量檢查等工作。

(1)激光LIDAR 設(shè)備

為了滿足測區(qū)的采集要求和工期進(jìn)度,綜合考慮飛機(jī)布局、航速、航高、設(shè)備安裝及安全性能,并結(jié)合國內(nèi)航飛資源情況,選擇機(jī)型搭載激光LIDAR 航攝儀。

 

(2)航線敷設(shè)

按照測區(qū)范圍的不規(guī)則窄長形帶狀區(qū)域,采用沿河流方向的方式制作航線敷設(shè)計(jì)劃,盡量減少冗余飛行范圍。

 

(3)航攝數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查

數(shù)據(jù)獲取結(jié)束后,從數(shù)據(jù)文件、POS數(shù)據(jù)質(zhì)量、基站數(shù)據(jù)質(zhì)量、點(diǎn)云數(shù)據(jù)質(zhì)量、影像數(shù)據(jù)質(zhì)量5個(gè)方面進(jìn)行檢查。其中,點(diǎn)云數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢查項(xiàng)包括航帶重疊、點(diǎn)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(diǎn)云數(shù)據(jù)密度、點(diǎn)云精度。

 

二、數(shù)據(jù)處理

基于LiDAR數(shù)據(jù)制作DEM主要流程包括:航攝數(shù)據(jù)收集和檢查、數(shù)據(jù)分塊、航帶重疊區(qū)處理、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、DEM制作。

 

(1)點(diǎn)云濾波

利用機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)處理軟件,采用算法對激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾,將植被、建筑物、電力設(shè)施等地物數(shù)據(jù)分類成非地面點(diǎn)數(shù)據(jù),將地表數(shù)據(jù)分類為地面點(diǎn),從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云的自動(dòng)濾波。

 

2)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

機(jī)載LiDAR獲取的數(shù)據(jù)為WGS-84坐標(biāo),成果坐標(biāo)系統(tǒng)為北京地方坐標(biāo)系,需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換?;谧鴺?biāo)轉(zhuǎn)換模型和似大地水準(zhǔn)面精化成果,將接邊后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到北京地方坐標(biāo)系。

 

(3)DEM制作

利用編輯后的地面層數(shù)據(jù)和特征線數(shù)據(jù),構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)。將TIN按規(guī)定的格網(wǎng)尺寸進(jìn)行內(nèi)插,形成規(guī)則格網(wǎng)的DEM。

 

(4)DEM質(zhì)量檢查

DEM的檢查內(nèi)容包括:空間參考系、位置精度、邏輯一致性、時(shí)間精度、柵格質(zhì)量等。其中,精度統(tǒng)計(jì)采用外業(yè)RTK實(shí)測地面點(diǎn)與DEM內(nèi)插點(diǎn)高程比較,統(tǒng)計(jì)DEM高程中誤差。

 

河道測繪中的難點(diǎn)

傳統(tǒng)DLG制作,所有要素的采集均是采用立體采集結(jié)合外業(yè)調(diào)繪的方式,然而,水利規(guī)劃設(shè)計(jì)對高程要素格外重視。精度方面,高程點(diǎn)精度需達(dá)到激光LIDAR 數(shù)據(jù)的精度,密度方面,全部坡坎應(yīng)首尾控制、每隔3-5cm有一高程注記點(diǎn),河道坡腳按照圖上距離3cm標(biāo)注高程,灌渠內(nèi)按3-5cm中提取高程。同時(shí),等高線信息需與機(jī)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(shè)計(jì)了基于LiDAR數(shù)據(jù)的等高線生成和高程點(diǎn)提取方法。

 

基于LiDAR的等高線生成方法,其關(guān)鍵步驟為:

(1)從分類后點(diǎn)云的地面點(diǎn)層中,顧及點(diǎn)間距和地形特征,提取地形特征

(2)由地形特征點(diǎn)提取等高線;

(3)光滑提取的等高線;

(4)人工對特殊等高線進(jìn)行編輯完善。

 

基于LiDAR的高程點(diǎn)提取,根據(jù)需求將其劃分為兩類,第一類是沿線等間距高程點(diǎn)提取,第二類是零散高程點(diǎn)提取。

其中,第一類的方法是:

(1)沿目標(biāo)地物畫折線;

(2)簡化折線,去掉冗余的折點(diǎn);

(3)等間距加密折線;

(4)提取折點(diǎn)平面位置;

(5)利用最近鄰算法,從點(diǎn)云地面層中提取高程點(diǎn)。

第二類零散高程的提?。?/span>

(1)人工確定帶提取的高程點(diǎn)平面位置;

(2)利用最近鄰算法,從點(diǎn)云地面層中依據(jù)最近鄰算法提取高程點(diǎn)。

三、項(xiàng)目成果應(yīng)用

在獲取機(jī)載激光LIDAR 的過程中,同時(shí)獲取了影像數(shù)據(jù)。最終,本項(xiàng)目獲得三種基礎(chǔ)測繪產(chǎn)品,即數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像和數(shù)字線劃圖,在此基礎(chǔ)上,突破傳統(tǒng)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(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維場景搭建,對河道整體概貌實(shí)現(xiàn)立體化展現(xiàn),共同為水利規(guī)劃、河道建設(shè)與運(yùn)營提供可持續(xù)發(fā)展的信息化服務(wù)。

 

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