機載激光雷達技術在攝影測量中的應用

潘 瑤

飛燕航空遙感技術有限公司江蘇分公司

機載激光雷達技術在攝影測量中的應用

潘 瑤

飛燕航空遙感技術有限公司江蘇分公司

機載激光雷達技術是結合激光測距、數字航空攝影等多種測量技術的新型測量技術。激光雷達技術通過發射激光獲取地面的數據，同時采用計算機技術剔除數據庫中地面植被等雜物的數據，最終獲得地表的數字高程數據(DEM)。機載激光雷達測量技術可以快速對線路走廊進行高精度三維測量，直接采集線路走廊高精度激光點云和高分辨率航空數碼影像，進而獲得高精度三維線路走廊地形地貌及地物的精確三維空間信息，從而為輸電線路設計提供高精度測量數據成果。本文將淺談其在電力線路勘測中的應用。

機載激光雷達技術；攝影測量；應用

1、前言

機載激光雷達技術是目前較為成熟的新型測量技術，與傳統的測量技術相比，機載激光雷達測量技術具有以下特點：首先，測量數據精度高、速度快、內業數據自動化處理程度高、作業成本相對較低；另外，機載激光具有較強的穿透能力，對于地表植被稀疏的地形，其所獲數據的高程精度很高。機載激光雷達技術是結合GPS全球定位系統、慣性導航系統以及激光掃描技術與一體的一項新型的三維遙感技術。

2、機載激光雷達技術的應用

2.1 航飛的要求

通常情況下，航線應從東到西直線飛行，但是由于線路工程走向是任意的，因此，要根據線路工程的實際情況具體實施。按照最新的國家獲取規范進行航線設計，航攝季節一般選擇測區內最為有利的天氣情況，并盡可能的避免或減少地表植被覆蓋對航攝的影響，同時要考慮工期的要求，確保工程又快又好的完成。

2.2 激光雷達數據內業處理

在激光雷達數據中有些數據明顯不合理，需要剔除，這些點稱為異常點。高程系統一般與平面坐標系統同時處理，將大地高轉換成正常高。內業數據處理最重要的步驟是激光雷達數據的濾波。將LiDAR點云數據地表點(含植被、水系、構筑物等自然人工地物表面點)精確分類出來，將已完成分類點云中所有地表點以及地表之上的植被、建筑物、構筑物等自然及人工地物表面形態上的點均作為特征點，帶有高程信息的面狀水域范圍線作為特征線，參與數字表面模型(DSM)產品的構建與輸出；點云中地面點、橋梁點、水點作為特征點，帶有高程信息的面狀水域范圍線和河流邊線作為特征線，參與數字高程模型(DEM)產品的構建與輸出。

2.3 電力線路路徑優化

在內業選線階段，我們可以利用衛片圖選擇較為合理的轉角，將選定的轉角數據導入生成好的DOM數據和DEM數據，并結合平斷面軟件生成架空線路的平斷面圖，設計人員根據平斷面圖進行排桿作業，初選直線塔位的位置。

2.4 確定線路桿塔位置

在線路的路徑基本確定以后，再利用高精度的地物高程模型，生成直線塔位的塔基斷面圖，再咨詢設計人員確定塔位是否符合設計要求，如符合則線路路徑確定，如不符合則要在直線塔位附近微調，直到選擇出滿足要求的直線塔為止。

2.5 外業定位測量

在確定了線路路徑、桿塔位置以后，工程就進入了終勘定位階段。在此階段，我們常常利用GPS與全站儀相結合的方式進行作業，雖然機載激光雷達技術相對成熟，但是必要的外業檢查是必須的，通常要檢核的內容有：低等級電力線及通訊線的平面位置，高等級電力線的平面位置及線高、直線塔位之間跨越山頭的高程、跨越樹的高度、以及其他重要地物的平面位置及高程等，此階段的工作一般要與設計人員共同完成，如有出入，要及時改正。

3、與傳統航測比較機載激光雷達的優越性

盡管基于航空攝影測量的選線手段相對于人工選線來說是一項較大的技術突破，但是它仍然存在著作業流程復雜、外業工作量大、平斷面精度不高和數據不直觀、軟件平臺不易用等缺點，從而導致工程設計效率低、工期長。與傳統航空攝影測量優化選線技術相比，機載激光雷達測量技術在輸電線路優化選線設計業務中很多方面具有明顯優勢，主要表現如下：

(1)機載激光雷達技術屬非接觸主動式測量，直接獲取地面三維坐標。激光雷達測量技術獲取的激光點云數據是三維的，數據精度高，地形細節表現更好。

(2)植被穿透力強，高程精度高于平面精度。平斷面精度斷面點高程誤差通常在0.5m以內。

(3)不受太陽高度角影像。因此，作業時間的自由度大。

(4)外業控制點布設量很小。激光雷達測量技術利用機載GPS和IMU形成的POS系統聯測，只需極少的外業布控，通常幾十公里一個布控點。

(5)外業調繪工作量小。激光雷達測量技術獲取的信息更豐富，處理得到的高精度、高分辨率的DEM數據、DOM數據以及激光點云數據，使得對地形地物的判讀、空間信息的量測(面積、距離、角度、坡度等)與獲取更加準確和便捷，有利于在選線過程中對一些重要地物的避讓，譬如公路、村莊、規劃區、廟宇、樹木、礦區等，大大減少外業調繪工作量。

(6)平斷面圖采集效率高。基于激光雷達測量技術，線路斷面可從DEM數據中自動提取，平面數據可通過DOM進行快速人工采集，一些諸如房高、樹高、塔高等信息則利用激光點云數據自動提取，避免了傳統航測作業中內業人員逐點進行立體量測的繁瑣過程，與航空攝影測量優化選線技術相比，應用機載激光雷達優化選線技術進行平斷面采集作業效率提高了50%以上。

(7)機載激光雷達路徑優化選線平臺簡單易操作。無需配備航空攝影測量所需的專業立體觀測設備，可非常方便地安裝在便攜機上，設計人員可在野外現場進行選線，并根據即時斷面數據進行預排桿，大大提高改線作業效率。

4、結語

航空遙感未來的發展方向是多種傳感器的高度集成，多數據源的合成處理，機載LIDAR技術是當今攝影測量與遙感領域的一項前沿技術，機載LIDAR系統同被動光學傳感器及IMU/GPS等系統的高度集成將給整個攝影測量領域帶來一場技術革命。機載LIDAR技術的發展與應用為獲取高時空分辨率的地球空間信息提供了全新的技術手段，使人們從傳統的單一數據獲取變為連續自動數據獲取，提高了觀測的精度和速度，快速精確獲取數字地面模型及地面物體的三維坐標，同時配合數碼影像或紅外成像信息，提高數據分類和物體識別的能力，可快速制作正射影像圖、數字等高線、縱橫斷面圖等數據產品，在攝影測量與遙感領域及工程測繪等領域具有廣闊的發展前景和應用需求。

[1]文華.基于機載激光雷達技術的電力線路測量研究[J].科技資訊，2015(09)：35～36.

[2]張芳寧.基于機載激光雷達的輸電線路優化技術研究[J].科技資訊，2011(06)：128.