潘 瑤

飛燕航空遙感技術(shù)有限公司江蘇分公司

機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)在攝影測(cè)量中的應(yīng)用

潘 瑤

飛燕航空遙感技術(shù)有限公司江蘇分公司

機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)是結(jié)合激光測(cè)距、數(shù)字航空攝影等多種測(cè)量技術(shù)的新型測(cè)量技術(shù)。激光雷達(dá)技術(shù)通過發(fā)射激光獲取地面的數(shù)據(jù)，同時(shí)采用計(jì)算機(jī)技術(shù)剔除數(shù)據(jù)庫(kù)中地面植被等雜物的數(shù)據(jù)，最終獲得地表的數(shù)字高程數(shù)據(jù)(DEM)。機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)可以快速對(duì)線路走廊進(jìn)行高精度三維測(cè)量，直接采集線路走廊高精度激光點(diǎn)云和高分辨率航空數(shù)碼影像，進(jìn)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(shè)計(jì)提供高精度測(cè)量數(shù)據(jù)成果。本文將淺談其在電力線路勘測(cè)中的應(yīng)用。

機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)；攝影測(cè)量；應(yīng)用

1、前言

機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)是目前較為成熟的新型測(cè)量技術(shù)，與傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)相比，機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)具有以下特點(diǎn)：首先，測(cè)量數(shù)據(jù)精度高、速度快、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理程度高、作業(yè)成本相對(duì)較低；另外，機(jī)載激光具有較強(qiáng)的穿透能力，對(duì)于地表植被稀疏的地形，其所獲數(shù)據(jù)的高程精度很高。機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)是結(jié)合GPS全球定位系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)以及激光掃描技術(shù)與一體的一項(xiàng)新型的三維遙感技術(shù)。

2、機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用

2.1 航飛的要求

通常情況下，航線應(yīng)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(jù)線路工程的實(shí)際情況具體實(shí)施。按照最新的國(guó)家獲取規(guī)范進(jìn)行航線設(shè)計(jì)，航攝季節(jié)一般選擇測(cè)區(qū)內(nèi)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(duì)航攝的影響，同時(shí)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(dá)數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理

在激光雷達(dá)數(shù)據(jù)中有些數(shù)據(jù)明顯不合理，需要剔除，這些點(diǎn)稱為異常點(diǎn)。高程系統(tǒng)一般與平面坐標(biāo)系統(tǒng)同時(shí)處理，將大地高轉(zhuǎn)換成正常高。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理最重要的步驟是激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的濾波。將LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)地表點(diǎn)(含植被、水系、構(gòu)筑物等自然人工地物表面點(diǎn))精確分類出來，將已完成分類點(diǎn)云中所有地表點(diǎn)以及地表之上的植被、建筑物、構(gòu)筑物等自然及人工地物表面形態(tài)上的點(diǎn)均作為特征點(diǎn)，帶有高程信息的面狀水域范圍線作為特征線，參與數(shù)字表面模型(DSM)產(chǎn)品的構(gòu)建與輸出；點(diǎn)云中地面點(diǎn)、橋梁點(diǎn)、水點(diǎn)作為特征點(diǎn)，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(shù)字高程模型(DEM)產(chǎn)品的構(gòu)建與輸出。

2.3 電力線路路徑優(yōu)化

在內(nèi)業(yè)選線階段，我們可以利用衛(wèi)片圖選擇較為合理的轉(zhuǎn)角，將選定的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)導(dǎo)入生成好的DOM數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)，并結(jié)合平斷面軟件生成架空線路的平斷面圖，設(shè)計(jì)人員根據(jù)平斷面圖進(jìn)行排桿作業(yè)，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?cè)O(shè)計(jì)人員確定塔位是否符合設(shè)計(jì)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(diào)，直到選擇出滿足要求的直線塔為止。

2.5 外業(yè)定位測(cè)量

在確定了線路路徑、桿塔位置以后，工程就進(jìn)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(jié)合的方式進(jìn)行作業(yè)，雖然機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)相對(duì)成熟，但是必要的外業(yè)檢查是必須的，通常要檢核的內(nèi)容有：低等級(jí)電力線及通訊線的平面位置，高等級(jí)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(shè)計(jì)人員共同完成，如有出入，要及時(shí)改正。

3、與傳統(tǒng)航測(cè)比較機(jī)載激光雷達(dá)的優(yōu)越性

盡管基于航空攝影測(cè)量的選線手段相對(duì)于人工選線來說是一項(xiàng)較大的技術(shù)突破，但是它仍然存在著作業(yè)流程復(fù)雜、外業(yè)工作量大、平斷面精度不高和數(shù)據(jù)不直觀、軟件平臺(tái)不易用等缺點(diǎn)，從而導(dǎo)致工程設(shè)計(jì)效率低、工期長(zhǎng)。與傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量?jī)?yōu)化選線技術(shù)相比，機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)在輸電線路優(yōu)化選線設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)中很多方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)如下：

(1)機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)屬非接觸主動(dòng)式測(cè)量，直接獲取地面三維坐標(biāo)。激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)獲取的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)是三維的，數(shù)據(jù)精度高，地形細(xì)節(jié)表現(xiàn)更好。

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

(3)不受太陽高度角影像。因此，作業(yè)時(shí)間的自由度大。

(4)外業(yè)控制點(diǎn)布設(shè)量很小。激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)利用機(jī)載GPS和IMU形成的POS系統(tǒng)聯(lián)測(cè)，只需極少的外業(yè)布控，通常幾十公里一個(gè)布控點(diǎn)。

(5)外業(yè)調(diào)繪工作量小。激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)獲取的信息更豐富，處理得到的高精度、高分辨率的DEM數(shù)據(jù)、DOM數(shù)據(jù)以及激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，使得對(duì)地形地物的判讀、空間信息的量測(cè)(面積、距離、角度、坡度等)與獲取更加準(zhǔn)確和便捷，有利于在選線過程中對(duì)一些重要地物的避讓，譬如公路、村莊、規(guī)劃區(qū)、廟宇、樹木、礦區(qū)等，大大減少外業(yè)調(diào)繪工作量。

(6)平斷面圖采集效率高?；诩す饫走_(dá)測(cè)量技術(shù)，線路斷面可從DEM數(shù)據(jù)中自動(dòng)提取，平面數(shù)據(jù)可通過DOM進(jìn)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(diǎn)云數(shù)據(jù)自動(dòng)提取，避免了傳統(tǒng)航測(cè)作業(yè)中內(nèi)業(yè)人員逐點(diǎn)進(jìn)行立體量測(cè)的繁瑣過程，與航空攝影測(cè)量?jī)?yōu)化選線技術(shù)相比，應(yīng)用機(jī)載激光雷達(dá)優(yōu)化選線技術(shù)進(jìn)行平斷面采集作業(yè)效率提高了50%以上。

(7)機(jī)載激光雷達(dá)路徑優(yōu)化選線平臺(tái)簡(jiǎn)單易操作。無需配備航空攝影測(cè)量所需的專業(yè)立體觀測(cè)設(shè)備，可非常方便地安裝在便攜機(jī)上，設(shè)計(jì)人員可在野外現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行選線，并根據(jù)即時(shí)斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)排桿，大大提高改線作業(yè)效率。

4、結(jié)語

航空遙感未來的發(fā)展方向是多種傳感器的高度集成，多數(shù)據(jù)源的合成處理，機(jī)載LIDAR技術(shù)是當(dāng)今攝影測(cè)量與遙感領(lǐng)域的一項(xiàng)前沿技術(shù)，機(jī)載LIDAR系統(tǒng)同被動(dòng)光學(xué)傳感器及IMU/GPS等系統(tǒng)的高度集成將給整個(gè)攝影測(cè)量領(lǐng)域帶來一場(chǎng)技術(shù)革命。機(jī)載LIDAR技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用為獲取高時(shí)空分辨率的地球空間信息提供了全新的技術(shù)手段，使人們從傳統(tǒng)的單一數(shù)據(jù)獲取變?yōu)檫B續(xù)自動(dòng)數(shù)據(jù)獲取，提高了觀測(cè)的精度和速度，快速精確獲取數(shù)字地面模型及地面物體的三維坐標(biāo)，同時(shí)配合數(shù)碼影像或紅外成像信息，提高數(shù)據(jù)分類和物體識(shí)別的能力，可快速制作正射影像圖、數(shù)字等高線、縱橫斷面圖等數(shù)據(jù)產(chǎn)品，在攝影測(cè)量與遙感領(lǐng)域及工程測(cè)繪等領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用需求。

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

[2]張芳寧.基于機(jī)載激光雷達(dá)的輸電線路優(yōu)化技術(shù)研究[J].科技資訊，2011(06)：128.