張廣振

（新疆維吾爾自治區(qū)第一測(cè)繪院，新疆 昌吉 831100）

0.引言

傳統(tǒng)DEM 生產(chǎn)方式是主要通過(guò)獲取航空影像數(shù)據(jù)，立體下測(cè)制等高線，不僅作業(yè)效率低且受人眼有視差的影響精度受損。直到航空點(diǎn)云掃描系統(tǒng)的問(wèn)世可以同時(shí)獲取影像數(shù)據(jù)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)，且影像數(shù)據(jù)僅作為點(diǎn)云數(shù)據(jù)的輔助數(shù)據(jù)主要用于在點(diǎn)云數(shù)據(jù)下識(shí)別大量地物信息輔助測(cè)繪地物，大量帶有的地面點(diǎn)的坐標(biāo)及高程的點(diǎn)云數(shù)據(jù)直接制作的DEM 省去了許多作業(yè)流程，不僅效率高且精度相比影像數(shù)據(jù)也有所提升，同時(shí)DEM 精細(xì)度更高。VQ－1560i 機(jī)載掃描系統(tǒng)主要由當(dāng)前國(guó)際最先進(jìn)的激光（LiDAR）系統(tǒng)，也是國(guó)家基礎(chǔ)信息中心指定點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取儀器之一。本次獲取LiDAR 掃描點(diǎn)云密度為每平方米優(yōu)于0．25 個(gè)點(diǎn)，成圖比例尺1∶10000，所獲取數(shù)碼影像地面分辨率優(yōu)于0．5m，高程精度優(yōu)于0．3m，最大誤差小于測(cè)區(qū)內(nèi)2 倍中誤差。像片旋角不超過(guò)15°。航帶重疊度應(yīng)達(dá)到20%，最少為13%，沒(méi)有絕對(duì)漏洞。最終利用CORS 站野外實(shí)測(cè)，通過(guò)野外實(shí)測(cè)點(diǎn)位與點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)位比對(duì)分析驗(yàn)證點(diǎn)云數(shù)據(jù)，無(wú)論是平面精度和高程精度均滿足精度要求。

1.數(shù)據(jù)獲取

1.1 檢校場(chǎng)布設(shè)參數(shù)

由于點(diǎn)云掃描系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)的要求，為獲取精確的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，飛行作業(yè)前需對(duì)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的檢校飛行。檢校飛行要求滿足高度角大于15°，衛(wèi)星數(shù)量大于10 顆，并選擇好的觀測(cè)時(shí)段，位置精度衰減因子（PDOP）值小于4。構(gòu)架航線相鄰的平行航線需要有一到兩條構(gòu)架航線進(jìn)行垂直構(gòu)架以用來(lái)后期數(shù)據(jù)處理中保證各條航線的連接精確。檢校場(chǎng)航線設(shè)計(jì)主要考慮飛行的方便、特征地物明顯易于判讀的因素。檢校場(chǎng)飛行設(shè)計(jì)為2 個(gè)航攝高度（如圖1 所示），14 條航線，其中低航高航線為6×4，共10 條，旁向重疊度大于60%，單向飛行；高航高航線為2×2，共4 條，旁向重疊度大于50%。檢校場(chǎng)參數(shù)（如表1 所示）：

表1 檢校場(chǎng)參數(shù)

圖1 檢校場(chǎng)航線示意總圖

1.2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取參數(shù)

數(shù)據(jù)獲取主要考慮到有以下因素可能對(duì)飛行質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生影響：（1）地形地貌；（2）攝區(qū)附近可用機(jī)場(chǎng)信息；（3）最后機(jī)載LiDAR 系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)的一些特殊要求等，本次數(shù)據(jù)獲取將分為2 部分進(jìn)行航攝設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)獲取參數(shù)（如表2所示）：

表2 數(shù)據(jù)獲取參數(shù)

2.數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

與傳統(tǒng)的影像數(shù)據(jù)不同，點(diǎn)云數(shù)據(jù)直接帶有平面坐標(biāo)和高程的屬性，若點(diǎn)云數(shù)據(jù)的質(zhì)量差是沒(méi)有辦法，可以通過(guò)后期其他手段補(bǔ)救的，只能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)重飛或者補(bǔ)分重新獲取數(shù)據(jù)提高質(zhì)量。所以點(diǎn)云數(shù)據(jù)質(zhì)量分析正確性直接決定后期數(shù)據(jù)是否可用。點(diǎn)云做以下分析要素，主要有POS 數(shù)據(jù)質(zhì)量分析、檢校場(chǎng)檢校結(jié)果分析、點(diǎn)云數(shù)據(jù)覆蓋分析、點(diǎn)云重疊度分析、點(diǎn)云密度分析、點(diǎn)云間距分析、影像質(zhì)量分析、LiDAR掃描數(shù)據(jù)精度驗(yàn)證。

2.1 POS數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)POS 的質(zhì)量嚴(yán)重的依賴(lài)性，POS 數(shù)據(jù)質(zhì)量直接決定了點(diǎn)云數(shù)據(jù)質(zhì)量，POS 數(shù)據(jù)的解算方式有兩種：一種是PPP 解算方式；另一種是通過(guò)架設(shè)地面基站采用差分方式解算POS 數(shù)據(jù)，同時(shí)差分方式POS 數(shù)據(jù)精度更高。所以本次數(shù)據(jù)獲取通過(guò)架設(shè)地面基站的方式解算POS 數(shù)據(jù)，解算數(shù)據(jù)獲取使用配套的POSPac MMS 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行POS 處理解算，經(jīng)檢查空中GNSS 數(shù)據(jù)和IMU 數(shù)據(jù)均連續(xù)無(wú)中斷，數(shù)據(jù)質(zhì)量良好。航線的平面位置偏差和高程偏差以及PDOP值滿足規(guī)范要求。檢校場(chǎng)POS 解算成果中，檢校場(chǎng)最終使用地面基站進(jìn)行解算，且GNSS 數(shù)據(jù)和IMU 數(shù)據(jù)均無(wú)連續(xù)中斷，數(shù)據(jù)質(zhì)量良好。POS 數(shù)據(jù)精度結(jié)果（如表3 所示）：

表3 POS 數(shù)據(jù)檢查結(jié)果

2.2 檢校場(chǎng)檢校結(jié)果分析

檢校場(chǎng)飛行完畢后通過(guò)數(shù)據(jù)處理，LiDAR 航線相鄰航線接邊高程差平均最大為7cm，對(duì)飛航線接邊高程差值平均最大7cm，垂直航線接邊高程差值平均最大10cm 滿足要求。經(jīng)過(guò)軟件處理獲取檢校結(jié)果（如表4 所示）：

表4 LiDAR 檢校結(jié)果

2.3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)覆蓋分析

點(diǎn)云覆蓋是點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取質(zhì)量的一部分，航線間點(diǎn)云覆蓋旁向重疊度最小為15．28%，最大為67．69%，點(diǎn)密度最小為0．53pts/m2。點(diǎn)云覆蓋圖（如圖2 所示）：

圖2 點(diǎn)云覆蓋圖

2.4 點(diǎn)云重疊度分析

點(diǎn)云重疊度檢查，主要檢查航帶與航帶間的重疊度是否滿足要求，本次檢查使用西安煤航遙感信息有限公司自主開(kāi)發(fā)的專(zhuān)業(yè)質(zhì)檢軟件并生成檢查報(bào)告（如表5 所示），經(jīng)檢查一般旁向重疊范圍15．28%－67．69%。

表5 點(diǎn)云重疊度檢查報(bào)告

2.5 點(diǎn)云密度分析

LiDAR 點(diǎn)云密度涉及數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用的整個(gè)鏈條，是數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要指標(biāo)。激光雷達(dá)點(diǎn)云密度的作用類(lèi)似遙感影像的分辨率，點(diǎn)云密度越大，則能探測(cè)更微小目標(biāo)后期生成的DEM 越精細(xì)，點(diǎn)云密度報(bào)告（如表6 所示）：

表6 點(diǎn)云密度

2.6 點(diǎn)云間距分析

本攝區(qū)分別在平地、居民地、山地，三種不同地形類(lèi)別進(jìn)行點(diǎn)云間距的抽樣調(diào)查（如表7 所示）針對(duì)不同地形類(lèi)別對(duì)點(diǎn)云間距的檢查情況截圖。平地抽樣數(shù)量為25，點(diǎn)距統(tǒng)計(jì)平均值0．97m，居民地抽樣數(shù)量為20，點(diǎn)距統(tǒng)計(jì)平均值1．02m，山地抽樣數(shù)量為20，點(diǎn)距統(tǒng)計(jì)平均值0．83m，抽樣整體平均值為0．945m，點(diǎn)間距統(tǒng)計(jì)（如表8 所示）：

表7 針對(duì)不同地形類(lèi)別對(duì)點(diǎn)云間距的檢查情況截圖

續(xù)表7：

表8 點(diǎn)間距統(tǒng)計(jì)表 單位：m

2.7 影像質(zhì)量分析

RIEGL 公司生產(chǎn)的航攝儀為激光三維點(diǎn)云航攝儀，該儀器以獲取激光三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)為主，故所搭載的輔助框幅式相機(jī)未配備陀螺修正座架，影像數(shù)據(jù)俯仰角、旋偏角較大。經(jīng)分析，數(shù)據(jù)獲取的LiDAR 點(diǎn)云數(shù)據(jù)滿足合同和規(guī)范要求，由于地面揚(yáng)沙影響，原始影像質(zhì)量不佳，調(diào)色后的影像無(wú)裂縫、不偏色、無(wú)色斑等情況，地物清晰可辨，該影像作為輔助影像，能夠滿足制作DEM 的要求，影像檢查數(shù)據(jù)（如表9 所示）：

表9 航攝影像檢查

2.8 LiDAR掃描數(shù)據(jù)精度驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)點(diǎn)云精度，根據(jù)攝區(qū)面積，選取約占1 幅1∶10000比例尺地形圖范圍，面積約25km2。測(cè)區(qū)地形主要為居民區(qū)，平坦地形。測(cè)區(qū)地形主要為居民區(qū)，平坦地形。根據(jù)范圍大小和分布情況布設(shè)2 個(gè)精度驗(yàn)證區(qū)，精度驗(yàn)證區(qū)位置（如圖3所示），精度驗(yàn)證方式采用野外實(shí)測(cè)的方式。其中，項(xiàng)目之所以選取如此的兩個(gè)精度驗(yàn)證區(qū)和野外實(shí)測(cè)主要基于以下幾個(gè)方面：

（1）野外實(shí)地打特征檢測(cè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，檢測(cè)數(shù)據(jù)精度的可信度高，同時(shí)利用新疆CORS 系統(tǒng)，新疆CORS 系統(tǒng)是新疆自然資源廳經(jīng)過(guò)多年的建設(shè)，國(guó)家質(zhì)檢部門(mén)驗(yàn)收，同時(shí)也經(jīng)過(guò)多個(gè)項(xiàng)目的實(shí)踐。實(shí)地采集地面點(diǎn)坐標(biāo)，精度統(tǒng)計(jì)（如表10 所示）：

（2）整個(gè)項(xiàng)目測(cè)區(qū)范圍大小適中、地形較為復(fù)雜，根據(jù)實(shí)際情況選取了兩個(gè)精度驗(yàn)證區(qū)；

（3）項(xiàng)目的精度檢校區(qū)位于測(cè)區(qū)的中部及東南部，中部的精度驗(yàn)證區(qū)距離布設(shè)的地面基站較近，東南部的精度驗(yàn)證區(qū)是項(xiàng)目的較弱區(qū)，因此選取項(xiàng)目中部與東南部為精度驗(yàn)證區(qū)以充分保證項(xiàng)目成果精度驗(yàn)證的可用性及對(duì)比性。

圖3 精度驗(yàn)證區(qū)衛(wèi)星影像圖位置

表10 高程精度檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表

2.9 數(shù)據(jù)質(zhì)量質(zhì)量綜合評(píng)測(cè)

經(jīng)對(duì)POS 數(shù)據(jù)分析、點(diǎn)云數(shù)據(jù)分析、影像數(shù)據(jù)分析、精度驗(yàn)證區(qū)分析中部精度驗(yàn)證區(qū)LiDAR 點(diǎn)云數(shù)據(jù)高程精度中誤差為±0．132m，東南部精度驗(yàn)證區(qū)LiDAR 點(diǎn)云數(shù)據(jù)高程精度中誤差為±0．185m。POS 數(shù)據(jù)質(zhì)量、點(diǎn)云覆蓋、點(diǎn)云間隔、重疊度、高程精度、影像質(zhì)量等均滿足要求。

3.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本項(xiàng)目的質(zhì)量檢查結(jié)果驗(yàn)證了VQ－1560i 機(jī)載掃描系統(tǒng)獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)精度可靠性且為后期DEM 制作提供可靠的數(shù)據(jù)。隨著高精度數(shù)字高程模型（DEM）在國(guó)家發(fā)展建設(shè)中的作用日趨突顯。點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取將替代傳統(tǒng)的航空影像獲取，與此同時(shí)點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取效率高、精度更高、數(shù)據(jù)處理方便等優(yōu)勢(shì)使DEM 制作流程簡(jiǎn)單化，為未來(lái)獲取優(yōu)質(zhì)的地理信息數(shù)據(jù)提供了有力保證。