探討機載激光雷達在測繪中的應(yīng)用

吳國錦

吉林省基礎(chǔ)測繪院，中國·吉林 四平 136001

1 引言

地表上包含著很多地理重要信息，這些信息能夠為人類的出行提供指導(dǎo)，地形測繪工作是一種獲取地表位置的技術(shù)，獲取信息形成相應(yīng)的產(chǎn)品。傳統(tǒng)的地形測繪常用的檢測儀器有經(jīng)緯儀、全站儀等，采用儀器采取數(shù)據(jù)處理能夠減少人工測繪的工作量，提高測繪的精準(zhǔn)度和效率。隨著中國步入信息化社會，激光雷達測繪系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在地形測繪工作中，是一種將三維掃描、同步管控以及定位結(jié)合起來的技術(shù)，能夠精準(zhǔn)、快速地獲取地表的信息構(gòu)建三維空間模型。隨著光電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，中國及其他國家出現(xiàn)了很多用于測繪的激光雷達產(chǎn)品，現(xiàn)如今應(yīng)用在測繪領(lǐng)域的產(chǎn)品點頻在50萬點/s左右，測繪距離為中低空測距，大概在1000m以下。

2 機載激光雷達的重要技術(shù)和操作流程

2.1 機載激光雷達技術(shù)

機載激光雷達系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)是采用主動測量的手段，將其搭載在各種飛行器上，通過激光測距系統(tǒng)、定位定姿系統(tǒng)以及同步控制系統(tǒng)結(jié)合起來獲取地表三維信息的新手段，自動化程度較強且很容易受到環(huán)境因素的影響，測量結(jié)果以及數(shù)據(jù)處理具有成本低、時間段和精準(zhǔn)度高的優(yōu)勢。在測距技術(shù)的應(yīng)用上，脈沖測距儀的能夠發(fā)出激光，從而測距能力較強，新型機載激光雷達通過脈沖測距技術(shù)，就是通過激光器朝著目標(biāo)物放射脈沖，抵達目標(biāo)后則會被反射，根據(jù)從發(fā)出到返回接收器的過程和時間來判斷測距儀器與目標(biāo)物之間的距離，在獲取到距離信息之后根據(jù)定位定姿系統(tǒng)評估飛機姿態(tài)[1]。

2.2 實施地形測繪的流程

在機載激光雷達測量系統(tǒng)實施地形測繪的流程為飛行準(zhǔn)備—數(shù)據(jù)采集—數(shù)據(jù)處理—成果生產(chǎn)。

第一，飛行準(zhǔn)備工作。飛行準(zhǔn)備的過程主要是指進行航線規(guī)劃以及基站布設(shè)兩項工作，在正式進行航線規(guī)劃前要先收集測繪區(qū)的數(shù)據(jù)資料，派遣相關(guān)技術(shù)人員實施勘測區(qū)的實地考察。評估測區(qū)整體情況后，準(zhǔn)備需要的硬件設(shè)備然后設(shè)計飛行航線。航線設(shè)計過程中要充分考慮以下幾點因素：飛行高速和飛行速度；飛行續(xù)航時間；測區(qū)地勢起伏以及航向與旁向的重疊度。在實施基站布設(shè)的時候，會將基站建設(shè)在空曠且不會受到信號干擾的地區(qū)，以此來接受最佳的衛(wèi)星信號。要避免某個基站數(shù)據(jù)出現(xiàn)不正常的采集，可以通過架設(shè)雙基站的方法解決。若是測繪地區(qū)的地形條件不適合架設(shè)基站，可以采用CORS的站的靜態(tài)數(shù)據(jù)進行分析，要注意保證測繪區(qū)域在基站與CORS站的覆蓋范圍中才能提高數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。新型機載激光雷達技術(shù)具有長測距的特點，從而更加適合用在地形起伏較大的區(qū)域，在實施航線規(guī)劃的時候能夠減少對作業(yè)區(qū)塊的劃分，有效提高測繪的精準(zhǔn)度和效率[2]。

第二，數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)的采集工作主要包括設(shè)備檢查、飛行采集以及原始數(shù)據(jù)質(zhì)檢。關(guān)于對設(shè)備的檢查需要評估安裝的完善性、設(shè)備連接的無誤性以及儲存空間充足量等。將設(shè)計好的航線導(dǎo)入到系統(tǒng)中實施數(shù)據(jù)采集，要注意在采集過程中檢測設(shè)備狀態(tài)，保證飛行的安全。采集完成后通過各個傳感器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)中，對原始數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)分析結(jié)果來開展后續(xù)工作。

第三，數(shù)據(jù)預(yù)處理。數(shù)據(jù)的預(yù)處理工作內(nèi)容有軌跡分析、融合結(jié)算以及數(shù)據(jù)檢查等，軌跡分析的目的在于獲取高精準(zhǔn)度的飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)，采用基站數(shù)據(jù)以及POS數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)的處理，然后通過HGO數(shù)據(jù)處理軟件等專業(yè)軟件來進行數(shù)據(jù)分析。融合解算的意義在于將掃描系統(tǒng)采集的原始距離數(shù)據(jù)以及歸集實施高精準(zhǔn)姿態(tài)數(shù)據(jù)然后進行融合解算，從而推動點云文件的生成。融合計算主要是通過數(shù)據(jù)融合軟件來完成[3]。數(shù)據(jù)的預(yù)處理結(jié)束后要針對數(shù)據(jù)的合格性實施檢測，來提高檢測結(jié)果的精準(zhǔn)度。

第四，成果生成。在測繪成果的生成上，目前已經(jīng)出現(xiàn)了非常完善的商業(yè)軟件來完成工作。在實施DOM生產(chǎn)的時候，主要流程包括影像檢查、刺控制點、空三加密等，DEM屬于自動化生產(chǎn)，首先通過人工操作進行完善的分類從而獲取地表點云數(shù)據(jù)，在這一數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上通過軟件生成DEM成果，見圖1。

圖1 機載激光雷達技術(shù)操作流程

3 機載激光雷達技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用

機載激光雷達技術(shù)相比傳統(tǒng)的測繪系統(tǒng)來說的性能更高，如精準(zhǔn)度、精密度、效率以及分辨率等數(shù)據(jù)都非常突出，能夠?qū)⒌匦蔚孛驳奶攸c呈現(xiàn)出來，將這些數(shù)據(jù)快速地傳輸?shù)接嬎銠C系統(tǒng)中且可以控制傳輸中存在的誤差，計算機系統(tǒng)濟寧數(shù)據(jù)分析構(gòu)建了高精準(zhǔn)度的數(shù)字模型[4]。

3.1 礦山數(shù)字化建設(shè)

隨著社會的持續(xù)發(fā)展，中國經(jīng)濟得到極大提升，對資源的需求量也不斷增加，礦產(chǎn)能源開采量也明顯提高且開采力度較大，不過沒有從根本上解決資產(chǎn)前欠缺的問題阻礙著社會經(jīng)濟的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境受到損壞，給礦產(chǎn)的良好發(fā)展帶來極大的阻礙。在實際工作中，技術(shù)人員要積極地創(chuàng)新自身能力，推動礦山的數(shù)字化建設(shè)和發(fā)展。要充分利用機載激光雷達技術(shù)的優(yōu)勢，充分地對數(shù)據(jù)采集進行挖掘，在數(shù)據(jù)分析的過程中通過系統(tǒng)集成構(gòu)建三位數(shù)字模型，及時提取礦山頂部數(shù)據(jù)構(gòu)建礦山模型，結(jié)合實際情況檢測塌陷區(qū)損壞程度，能夠及時地針對礦山災(zāi)害進行及時預(yù)警，制定合理的災(zāi)害防治對策。

3.2 在精密工程中實施測繪

精密測繪工程涉及獲取測繪數(shù)據(jù)、構(gòu)建三維數(shù)字模型的操作，但不管是測繪數(shù)據(jù)獲取還是三維模型的構(gòu)建，都需要通過精準(zhǔn)的測量數(shù)據(jù)作為支持[5]。機載激光雷達技術(shù)在精密工程測繪中的應(yīng)用，能夠獲取更高精準(zhǔn)度的測繪結(jié)果，滿足精密測繪工程的要求。將高精密數(shù)碼相機的圖像功能發(fā)揮出來，獲取測繪實體本身的數(shù)據(jù)從而構(gòu)建三維數(shù)據(jù)模型，提高測繪結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.3 在城市規(guī)劃建設(shè)中的應(yīng)用

社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市化發(fā)展進程不斷加快，新型視頻設(shè)備被廣泛應(yīng)用在人們的生活和工作中，成為了獲取信息的重要手段。機載激光雷達系統(tǒng)在當(dāng)前的城市規(guī)劃工作中發(fā)揮著重要的作用，能夠獲取高分辨率、高精準(zhǔn)度的數(shù)字影像，并且與空間模型結(jié)合起來進行資源共享，從而推動城市的合理規(guī)劃和建設(shè)，通過科學(xué)技術(shù)為社會經(jīng)濟的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

隨著激光雷達測繪技術(shù)在測繪領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，有效提高了測繪工作的精準(zhǔn)度和效率，對提高中國的工程測繪技術(shù)有重要意義。采用激光雷達測繪技術(shù)實施工程測繪的時候，要注意控制機載激光雷達系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，保證掃描的均勻度，保證激光雷達測繪技術(shù)能夠符合測繪工作的要求，保證測繪結(jié)果的精準(zhǔn)度。測繪人員需要認(rèn)識到激光雷達測繪技術(shù)的屬性和優(yōu)勢，掌握完善的操作流程，提高工程測繪的工作效率，同時激光雷達測繪技術(shù)的應(yīng)用能夠簡化操作流程并且保證數(shù)據(jù)獲取的精準(zhǔn)度。