工程測繪中激光雷達測繪技術的應用探析

楊立波

（湖南省地質調查院，湖南 長沙 410000）

高效、高質量的測繪結果是工程測繪工作開展的直接目標，基于現代科學技術的發展，各種先進的、數字化的測繪技術逐漸發展起來，較傳統測繪技術而言，在測繪效率、測繪精度以及復雜環境適應方面具有顯著優勢，本文主要選取激光雷達測繪技術為研究對象，其可高精度、全要素、多維度、快速獲取地物信息，得到了大范圍推廣應用，加強相關應用分析具有重要意義。

1 激光雷達工作原理

激光雷達測繪技術，主要是利用移動激光雷達系統開展測量工作，可快速、大面積獲取測量目標三維坐標數據。激光雷達，主要組成部分包括激光器、激光發射機與接收機、光束整形與激光擴束裝置、光電探測器、回波檢測處理電路、計算機控制與信息處理裝置等。

在激光雷達測繪中，主要是利用計算機分析回波信號，實現數據采集、處理，提取有用信息，為后期精密圖像繪制做好基礎工作，本文主要就工程測繪中激光雷達測繪技術的應用展開具體論述。

2 工程測繪中激光雷達測繪技術的應用

近些年，激光雷達測繪技術不斷發展、完善，下文主要就其應用優勢與流程做了簡單分析。

2.1 激光雷達測繪技術特點

激光雷達測繪是一種高效、高精度的測繪技術，其主要應用特點可歸納為以下幾點：

（1）實現非接觸測量，探測距離可達數千米，且單一視角下可獲取三維坐標。

（2）采集數據量大，每秒可測量數十萬個點。

（3）分辨率、精度高，激光雷達可同時追蹤兩個及其以上目標，不會因此出現分辨率下降的情況。

（4）主動式探測、抗干擾能力強，不受自然光、太陽高度角的影響，可24h全天候作業。

（5）數字化采集、兼容性好，測繪效率高，后期處理與輸出便利。

（6）激光雷達體積小、質量輕，可采用機載、車載、船載、人工背負等多種平臺。

2.2 激光雷達測繪技術流程

基于上文分析可知，激光雷達測繪技術在工程測繪中優勢顯著，目前已經得到了廣泛推廣應用。激光雷達測繪技術的應用流程可歸納如下：激光掃描→獲取高密度、高精度激光點云數據與高分辨率數碼影像→數據處理→生產所需高精度數字化產品。以常用的機載激光雷達測繪技術為例，其具體應用要點如下：

（1）數據采集：根據工程測繪背景與任務要求，合理選擇激光雷達系統、飛行平臺，落實控制測量與航線設計，保證數據采集的有效性。

（2）數據處理：激光雷達掃描獲取的是原始激光點云數據，需通過數據預處理、坐標系統轉換、激光點云數據分類處理，獲得精化后激光點云。

（3）高精度數字化產品生產：包括數字高程模型（DEM）、數字正射影像（DOM）、數字線劃圖DLG和地面線等。

3 實例分析

3.1 項目背景

本文僅以某水利水電工程項目測繪為例展開分析。本工程為“十三五”重大建設項目，水電站裝機容量2400MW，屬于抽水蓄能電站。本項目測繪難度較大，測區偏僻、交通不便、植被茂盛，根據綜合分析決定采用機載激光雷達測繪技術，其可較好適應復雜環境，穿透部分植被，采集數據密度大、精度高、分辨率高，滿足測繪需求。

3.2 機載激光雷達測繪方案

結合項區域實際情況與測繪要求分析，決定采用機載激光雷達測繪方案：

（1）本項目選用掃描鷹HS-1600機載激光雷達系統，并配備了1臺飛思數碼航攝相機，獲取點云數據與影像數據，系統具體參數見表1。

表1 系統參數

（2）點云數據實施坐標轉換、粗分類和精分類后，生成等高線關鍵點、構建TIN，生成DEM、等高線和高程點數據。

（3）影像數據實施畸變校正、開展空中三角測量，構建立體像對，立體采集地物信息。

（4）對點云生成地貌圖與地物圖進行套合，獲得地形圖。

3.3 機載激光雷達測繪技術應用要點

3.3.1 數據采集

本項目測區20km2，劃分為12個子測區，具體航攝參數如下：

（1）相對航高：550m。

（2）激光發射頻率：100kHz。

（3）影像旁向重疊度：35。

（4）航向分辨率：65。

取測區下庫處一個控制點設置1臺地面基站；測區分3個架次實施數據采集，飛行時間超過4h。

3.3.2 點云處理

（1）數據預處理：采用Trimble Applanix軟件POSPAC解算軌跡數據，采用RIPROCESS解算各航帶數據。

（2）點云數據拼接：采用RIPROCESS拼接模塊進行處理，合理調整參數實現平面匹配，確保掃描數據、控制點與原始地形數據吻合。

（3）激光點云分類：采用噪聲點濾波方法，將低點、空中點、移動地物點分離；通過反射強度、回波次數、地物形狀等參數的綜合自動分析，分類植被茂密區點云數據；所有分類出的地面點建立TIN，高程突變區做好參數調整，自動分類不理想區人工編輯。

3.3.3 影像處理

本項目各測區構建區域網實施空中三角測量，空三像方匹配后獲取正射影像，調整色彩、亮度等參數，鑲嵌數字正射影像，確保無明顯拼接跡象。

3.3.4 精度分析

（1）點云精度：本項目有效平面檢查點共計57個，點云高程精度統計結果見表2，高程精度良好，滿足規范要求。

表2 點云高程精度統計結果

（2）地形圖精度：采用外業實測方式檢查地形圖精度，結果見表3，平面坐標、高程精度良好，滿足規范要求。

表3 地形圖平面精度統計結果

4 結語

綜上所述，激光雷達測繪技術具有精度高、效率高、適應性好等優勢，在工程測繪中應用廣泛。根據工程實踐可知，激光雷達測繪平臺眾多，包括：機載、車載、船載、人工背負等，可根據測區實際情況進行合理選擇；測繪過程中，嚴格根據測區情況做好系統選型、數據采集工作，科學開展點云數據與影像數據處理工作，保證測繪成果質量與精度滿足要求。