郭衛(wèi)煒

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063)

LiDAR System Data Accuracy Analysis

GUO Weiwei

機(jī)載三維激光掃描系統(tǒng)(LiDAR)數(shù)據(jù)精度分析

郭衛(wèi)煒

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063)

LiDAR System Data Accuracy Analysis

GUO Weiwei

摘要機(jī)載三維激光掃描系統(tǒng)是激光技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、高動態(tài)載體姿態(tài)測定技術(shù)和高精度動態(tài)GPS差分定位技術(shù)的集中體現(xiàn)。相較于傳統(tǒng)航空攝影測量技術(shù)，具有自動化程度更高，受天氣影響較小，數(shù)據(jù)生產(chǎn)周期短、精度高等特點。結(jié)合實際工程項目，對LiDAR不同航空攝影高度的飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行精度比較，論證使用LiDAR進(jìn)行航空攝影測制不同比例尺地形圖的精度要求。

關(guān)鍵詞LiDAR數(shù)據(jù)處理精度地形圖

1概述

傳統(tǒng)的3D 測量項目生產(chǎn)流程，包括航空攝影—航外控體系、像控點的測量—空中三角測量設(shè)置密碼——形成DEM、DOM正射調(diào)整和鑲嵌、DLG的測量和編制。在上述制造流程中，航外控流程與DEM編制耗費時間與資金多，不利于現(xiàn)代測量科技的發(fā)展。所以，怎樣迅速得到精準(zhǔn)度高、耗時少、費用低的航空遙感信息對鐵路建造與經(jīng)濟(jì)增長有十分關(guān)鍵的實際價值。

機(jī)載LiDAR能夠迅速、高精準(zhǔn)度、高密實度得到地表圖片和相對應(yīng)的三維點云坐標(biāo)信息，具備POS 定位功能，不用地表控制就能夠得到影像的外方位信息，能夠優(yōu)化繁雜的制造過程，降低外業(yè)測量工作數(shù)量，降低成本，減短航空測繪成圖時間。

通過實際項目測試，在不同航高實驗區(qū)(500 m，3 200 m)進(jìn)行了LiDAR航空攝影測量，將獲得的飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用激光檢校結(jié)果和RCD相機(jī)檢校結(jié)果，對試驗區(qū)的飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行精度評定，包括激光點云的高程精度和影像的水平高程精度，最終驗證設(shè)備整體精度滿足制圖精度要求。

2LiDAR數(shù)據(jù)處理流程

本次數(shù)據(jù)處理主要是對RCD航空影像、Lidar數(shù)據(jù)、IPAS數(shù)據(jù)、地面GPS數(shù)據(jù)的處理，通過IPAS解算，DEM生成及航空正射影像圖的制作，形成最終的處理結(jié)果，并對設(shè)備的檢校參數(shù)作驗證。

3試驗測區(qū)數(shù)據(jù)處理及精度分析

3.1　500 m航高測區(qū)飛行

(1)RCD影像數(shù)據(jù)處理及精度結(jié)果

項目預(yù)先進(jìn)行RCD相機(jī)檢校，獲得地面控制點中誤差如表1。

由于飛行高度在550 m左右，地面分辨率為0.08 m，采集了20個地面控制點作為檢查點，經(jīng)過空三加密的平面解算精度中誤差在8～12 cm之間，高程精度在5 cm左右。因此，最終解算精度平面誤差在1～2個像元，高程誤差在1個像元以內(nèi)，基本滿足正射影像數(shù)字產(chǎn)品的生產(chǎn)需求。檢查點精度統(tǒng)計見表2。

(2)激光數(shù)據(jù)精度分析

激光數(shù)據(jù)后處理精度分析見表3。

得出的精度分析報告如表4。

從以上分析可以看出，經(jīng)過檢校和后續(xù)處理之后在實際飛行測區(qū)500 m航高可以得到平均高程誤差7.2 cm的結(jié)果，最大誤差在10 cm左右，完全滿足航測生產(chǎn)任務(wù)的精度需要。

3.2　3 200 m航高測區(qū)飛行

(1)RCD影像數(shù)據(jù)處理及精度結(jié)果

影像數(shù)據(jù)地面控制點中誤差如表5。

由于飛行高度在3 200 m左右，地面分辨率為0.6 m，采集了20個地面控制點作為檢查點，經(jīng)過空三加密的平面解算精度中誤差在40～60 cm之間，高程精度在30 cm左右。因此最終解算精度平面誤差在1個像元左右，高程誤差在1個像元以內(nèi)，基本滿足正射影像數(shù)字產(chǎn)品的生產(chǎn)需求。檢查點精度統(tǒng)計見表6。

(2)激光數(shù)據(jù)精度分析

激光點云后處理精度分析結(jié)果見表7。

得出的精度分析報告如表8。

從以上分析可以看出，經(jīng)過檢校和后續(xù)處理之后，在實際飛行測區(qū)3 200 m航高可以得到平均高程誤差30 cm的結(jié)果，最大誤差在84.8 cm左右，完全滿足航測生產(chǎn)任務(wù)的精度需要。

4結(jié)論

就項目數(shù)據(jù)處理后得出的結(jié)果來看，在繪制1∶500比例尺和1∶3 000比例尺的地形圖方面，使用LiDAR基本可以滿足制圖的精度要求，雖然由于外業(yè)控制點不是都采集在平地路面上，因此會在內(nèi)插時產(chǎn)生相應(yīng)的誤差，進(jìn)而對后處理激光點云的精度檢查造成一些影響，但整體來看，使用LiDAR：ALS50-II+RCD105系統(tǒng)的高程精度滿足系統(tǒng)標(biāo)稱的性能指標(biāo)，達(dá)到了很好的DEM和DOM數(shù)字產(chǎn)品生產(chǎn)的效果。

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中圖分類號：U212.24+1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-7479(2015)05-0025-03

作者簡介：郭衛(wèi)煒(1983—)，2008年畢業(yè)于湖北省地震局地震研究所大地測量專業(yè)。

收稿日期：2015-08-07