摘要：機(jī)載激光LIDAR是一種新興的航空攝影測(cè)量技術(shù)，以傳統(tǒng)攝影測(cè)量設(shè)備無(wú)法比擬的高精度、快速度、低綜合成本以及其產(chǎn)品數(shù)字化，多樣性等優(yōu)勢(shì)迅速在各種工程建設(shè)領(lǐng)域及規(guī)劃測(cè)量領(lǐng)域中得到應(yīng)用。本文介紹了LJDAR技術(shù)在老撾中北部山區(qū)某水電站測(cè)量中的應(yīng)用，從數(shù)據(jù)獲取、處理到提交最終成果，僅僅用了不到一個(gè)月的時(shí)間，保證了工程的如期進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：LIDAR；水電站；IMU；DEM：DOM

一、LIDAR系統(tǒng)介紹

機(jī)載激光LIDAR，即Light Detection andRanging，是一個(gè)主動(dòng)的傳感系統(tǒng)，LIDAR系統(tǒng)本身可以發(fā)射受控制的激光照射地面和地面上的目標(biāo)，不依賴(lài)太陽(yáng)光照，是一個(gè)全天候的三維數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。系統(tǒng)嚴(yán)密集成了激光發(fā)射器、高精度慣導(dǎo)測(cè)量裝置、差分GPS技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。但本質(zhì)上是一個(gè)距離測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)量飛機(jī)上激光器到地面目標(biāo)之間的往返時(shí)間來(lái)精確測(cè)定距離。系統(tǒng)通過(guò)直接記錄一個(gè)激光脈沖從發(fā)射到地面或地面上目標(biāo)返回所經(jīng)過(guò)的時(shí)間t來(lái)求得激光發(fā)射器于地面測(cè)量目標(biāo)之間的距離：R=I／2Ct(C為光速常數(shù))。由于系統(tǒng)同時(shí)還集成有高精度慣導(dǎo)測(cè)量裝置及差分GPS技術(shù)，所以可以同時(shí)得到激光發(fā)射器在測(cè)量過(guò)程中的實(shí)時(shí)姿態(tài)及位置信息，因而可根據(jù)激光發(fā)射器與目標(biāo)地物之間的距離來(lái)求解目標(biāo)地物返回脈沖所在的三維地理坐標(biāo)信息。

LIDAR產(chǎn)品豐富多樣，不僅包括基礎(chǔ)測(cè)繪產(chǎn)品里的DEM，DOM，同時(shí)也可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行矢量地物提取并根據(jù)需要生成等高線、縱橫剖面圖、三維渲染圖等產(chǎn)品。這些產(chǎn)品是全數(shù)字化產(chǎn)品，具有普遍性和兼容性，能方便多種產(chǎn)品進(jìn)行套合疊加，滿(mǎn)足不同設(shè)計(jì)分析需求。近年來(lái)廣泛應(yīng)用于永利水電工程測(cè)量、高速公路勘測(cè)、電力選線、數(shù)字城市建設(shè)及超高壓電力線路巡查等領(lǐng)域。

二、測(cè)區(qū)概況

測(cè)區(qū)位于老撾Xieng Khouang省中北部，距離首都萬(wàn)象約200公里。測(cè)區(qū)為山區(qū)地形，地形高差起伏很大，庫(kù)區(qū)平均海拔1400m，庫(kù)區(qū)四周均為高山，海拔在1700m—2100m之間；南部河道海拔落差更大，海拔從1100m至200m不等。測(cè)區(qū)總面積約100平方公里；測(cè)區(qū)屬熱帶季風(fēng)氣候，全年分雨季(從五月初開(kāi)始至九月底)和旱季(約從十月至來(lái)年四月)，年平均氣溫約28℃，四月、五月份最高可達(dá)38℃。測(cè)區(qū)交通及通訊條件極差，沒(méi)有移動(dòng)電話信號(hào)，沒(méi)有正常的車(chē)行公路。測(cè)區(qū)植被茂密，給測(cè)量工作造成巨大困難。

三、數(shù)據(jù)獲取及應(yīng)用

1.飛行平臺(tái)

測(cè)區(qū)位于地形復(fù)雜的山區(qū)，而且正處于雨季，氣候條件差，選擇安全而適用的飛行平臺(tái)尤為重要。AS350B2型直升機(jī)是一款單引擎多用途直升機(jī)，舒適性及操控性俱佳，能滿(mǎn)足LIDAR系統(tǒng)對(duì)飛行平臺(tái)參數(shù)的要求。同時(shí)，飛機(jī)具有適航認(rèn)證、方便設(shè)備安放的外掛裝置，能夠很好的保護(hù)LIDAR設(shè)備在雨中飛行時(shí)不受雨淋的影響。因此被選為此次項(xiàng)目的飛行平臺(tái)。

2.數(shù)據(jù)獲取情況

測(cè)區(qū)設(shè)計(jì)航線28條，實(shí)際飛行航線36條，其中檢校航線4條，受云影響補(bǔ)飛測(cè)區(qū)航線4條；設(shè)計(jì)測(cè)區(qū)航線飛行時(shí)間4.5個(gè)小時(shí)，實(shí)際航線飛行時(shí)間5.1個(gè)小時(shí)，全部飛行時(shí)間13.5個(gè)小時(shí)，共計(jì)起飛架次6個(gè)，持續(xù)時(shí)間5天；獲取基站GPS數(shù)據(jù)5天，共13.5MB；原始激光數(shù)據(jù)2.89GB；數(shù)碼影像數(shù)據(jù)2168張，總計(jì)26.8GB；激光及影像數(shù)據(jù)覆蓋面積103平方公里。

3.數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用

在數(shù)據(jù)獲取完成之后，對(duì)所有激光、影像及IMU／GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行解算、整理。激光點(diǎn)云是大量帶有三維坐標(biāo)信息的離散點(diǎn)，有些設(shè)備的激光點(diǎn)也帶有地物的RGB信息，這些點(diǎn)云不但包括裸露地面點(diǎn)，同時(shí)也包括地表植被，建筑物等。首先對(duì)激光點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)處理，通過(guò)人機(jī)交互，將植被、建筑物等非地形目標(biāo)點(diǎn)和地物點(diǎn)區(qū)分開(kāi)來(lái)。利用非地物點(diǎn)和地物點(diǎn)，構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)TIN，可以快速提取DSM和DEM。

高精度的DEM能夠真實(shí)客觀的反應(yīng)測(cè)區(qū)的實(shí)際地形，為水電站庫(kù)容計(jì)算、大壩選址及大壩建設(shè)高度等工程建設(shè)提供了準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。同時(shí)LiDAR系統(tǒng)還集成有大面陣數(shù)碼相機(jī)可同步獲取數(shù)碼影像，將DEM與數(shù)碼影像結(jié)合可快速生成測(cè)區(qū)的DOM。DOM能清晰的判讀測(cè)區(qū)的地物屬性，也可將基于DEM或地面激光點(diǎn)生成的等高線套合來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的工程計(jì)算。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)人員的分析與計(jì)算，最終確定大壩的位置及建設(shè)高度，設(shè)計(jì)大壩建成后的模擬淹沒(méi)區(qū)域如圖1：

四、結(jié)束語(yǔ)

機(jī)載激光LIDAR技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，在國(guó)外已廣泛應(yīng)用于國(guó)土資源、城市規(guī)劃、災(zāi)害檢測(cè)及工程建設(shè)等領(lǐng)域。近年來(lái)隨著LiDAR技術(shù)引進(jìn)國(guó)內(nèi)，在高速公路勘測(cè)、電力線路測(cè)量、三維城市建設(shè)、國(guó)土資源調(diào)查等領(lǐng)域都有了成功的應(yīng)用。LIDAR技術(shù)在水電站勘測(cè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，是我們第一次做這方面的嘗試，特別是在測(cè)區(qū)地形復(fù)雜，氣候多變的情況下，經(jīng)過(guò)近一個(gè)月的努力，完成數(shù)據(jù)獲取并提交最終成果，經(jīng)過(guò)后期甲方的精度檢測(cè)，完全滿(mǎn)足其設(shè)計(jì)要求，為同類(lèi)項(xiàng)目的實(shí)施開(kāi)拓了一條全新的、可靠的途徑。

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