趙節(jié)霞

(中煤航測遙感集團有限公司，陜西 西安 710199)

0 引言

為了滿足廣東省經(jīng)濟快速發(fā)展和規(guī)劃管理的需要，受廣東省國土資源技術中心的委托，中煤航測遙感集團有限公司承擔廣東省機載LiDAR點云數(shù)據(jù)獲取項目第2期第2個分區(qū)的項目LiDAR點云數(shù)據(jù)獲取的工作。項目的范圍涵蓋河源市、惠州市、汕尾市、韶關市。項目總面積為3.01萬km2。

針對本項目地形高差起伏大、植被茂密、城市群高層建筑林立、海岸帶特殊地貌及復雜氣流等地形特點的情況下，如何從項目管理、技術設計方案、項目實施、質(zhì)量檢查、安全生產(chǎn)等各個環(huán)節(jié)進行有效監(jiān)督，推進項目工作有序開展，滿足項目成果達到的立項目標的要求，并在項目中進行科研創(chuàng)新。

1 技術方法

1.1 儀器設備

1.1.1 主要硬件設備

機載激光雷達：RIEGL LMS-Q1560、RIEGL VQ-1560i。

飛機：塞斯納208。

POS系統(tǒng)：AV610。

1.1.2 主要軟件設備

航線設計軟件：POSTRACK。

數(shù)據(jù)后處理軟件：POSPAC、RIPROCESS、LiDAR_Suite、TerraSolid、LMS、LiDAR-DP。

1.2 工作內(nèi)容

辦理航攝戰(zhàn)區(qū)批文及飛行空域申請手續(xù)；獲取總面積3.01萬km2點云數(shù)據(jù)，在天氣及航飛時段適宜的情況下(飛行時段在6：00～18：00之間)獲取影像數(shù)據(jù)；完成姿態(tài)校正、噪聲點剔除、坐標轉(zhuǎn)換、航帶拼接、系統(tǒng)差改正等點云數(shù)據(jù)的處理工作[1]；對點云數(shù)據(jù)進行平面及高程精度的檢查；項目成果提交至廣東省測繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心進行驗收，且通過驗收。

1.3 技術方案與創(chuàng)新成果

1.3.1 技術方案

項目技術方案如圖1所示。

圖1 項目技術方案流程Fig.1 Process of project technical scheme

1.3.2 創(chuàng)新成果

華南地區(qū)復雜地形的LiDAR設備的組合選擇與航線設計：①本項目同時投入世界先進的高性能激光雷達系統(tǒng)，飛行海拔高度可達5 800 m以上，可在不同的飛行高度進行相應的高密度、高精度、高植被穿透力的數(shù)據(jù)采集工作，非常適合高空、高效率、大面積LiDAR點云數(shù)據(jù)獲取。②攝區(qū)范圍廣，高差大，為保證點云精度，盡可能在保證飛行效率情況下，以城市劃片或以規(guī)則圖形對攝區(qū)進行分區(qū)[2]，本項目利用自主研發(fā)的軟件進行航線實時規(guī)劃，對飛行瞬時的地形、空域、衛(wèi)星信號等預判。③針對本項目地形高差起伏大、植被茂密、城市群高層建筑林立、海岸帶特殊地貌及復雜氣流等地形特點，為保證點云精度，盡可能在保證飛行效率情況下，以城市劃片或以規(guī)則圖形對攝區(qū)進行航攝分區(qū)，每個分區(qū)不同飛行方向?qū)c云航帶間矯正有困難，為保證高精度的數(shù)據(jù)解算，在各個分區(qū)垂直航向方向布設構架線，并分別在構架線的首中尾或整個測區(qū)均勻布設參考面。

保證了海岸帶LiDAR點云的密度質(zhì)量：①LiDAR光束無法穿透水體導致低潮線附近的點云缺失，其所生成的DSM無效值增多，為了能夠獲取更多的海岸帶點云數(shù)據(jù)，本項目在落潮期對海岸帶進行數(shù)據(jù)獲取。②獲取海岸帶LiDAR點云時，水域存在大量懸浮粒子。對于清澈水域來說，由于不存在懸浮粒子產(chǎn)生的后向散射，因此在清澈水域會形成比較明顯的數(shù)據(jù)空洞；但是對于不夠清澈的水面來說，水域存在少量懸浮粒子，其能夠反射小部分能量，其余的大部分被水體吸收。因此本項目在海岸帶獲取LiDAR點云時加大點云密度為規(guī)范要求的1.5倍，能夠準確反映裸露的地表真實形態(tài)。

解決了同分區(qū)不同架次之間點云數(shù)據(jù)的局部精度超限問題：通過嘗試同分區(qū)不同架次間工程融合處理方法，避免了同分區(qū)構架線的重復計算，同時，同分區(qū)不同架次間使用同一參數(shù)進行平差計算[3]，實踐證明，此方法能夠提升處理效率約一倍。通過這種方法，使不同架次間點云的相對精度較高，絕對精度可靠。

2 實施管理

2.1 項目組織

為確保本項目按時、按質(zhì)完成，在項目組織結(jié)構方面，各實施單位成立以項目負責人為領導核心的項目組，全面負責本項目實施和質(zhì)量把控。在實施措施方面采用各種先進的技術管理手段確保實施進度和開發(fā)質(zhì)量。通過建立完善的項目組織結(jié)構，充分調(diào)動一切可用資源，在項目負責人統(tǒng)一協(xié)調(diào)領導下，各項目小組既分工明確又協(xié)同工作，發(fā)揮最佳工作效率。

2.2 項目工期及成本控制

加強項目管理：項目從2018年1月初開始，2019年12月底結(jié)束，歷時2年整。在項目開工前根據(jù)測區(qū)氣候狀況、飛行時間和飛行架次以及其他可預見情況，并適當考慮不可預見因素的影響，編制合理的總體施工進度計劃，保證項目按合同約定的時間完成。

保證相應的資源配置，最大可能科研創(chuàng)新：各實施單位各作業(yè)組織機構健全，有完善的質(zhì)量管理體系；各工序流程安排合理，投入的人力資源和軟、硬件設備都充分完善[4]；各實施單位自主研發(fā)數(shù)據(jù)后處理軟件、質(zhì)量檢查軟件以及項目實施過程中諸多新技術的應用，使得作業(yè)效率得到顯著提高，為項目順利實施提供了可靠的基礎，從而節(jié)約了項目成本，極大提高了作業(yè)效率。

2.3 安全生產(chǎn)及信息保密

人員安全措施：①工作人員進場前應開展安全生產(chǎn)教育，并在生產(chǎn)過程中開展經(jīng)常性的安全生產(chǎn)教育。現(xiàn)場作業(yè)時，不得擅自進入危險區(qū)域作業(yè)。在安置儀器和標志時要避開電纜、電線、避免觸電。②各類交通工具應始終保持在良好的狀態(tài)，應對交通工具的狀況經(jīng)常檢查，發(fā)現(xiàn)隱患及時修理。嚴格作息制度，做好駐地安全防范工作，與當?shù)卣腿罕娞幚砗藐P系。

儀器設備安全措施：①必須嚴格按照操作規(guī)程使用儀器，貴重儀器須專人操作、專人保管。不得在危險的地方安置儀器。當儀器出故障時，不能擅自拆修儀器，應及時送廠檢修。②做好調(diào)查區(qū)域駐地的設備物資安全工作，防火防盜。做好車輛的維修保養(yǎng)，安全行車。

信息安全保密措施：①嚴格執(zhí)行測繪成果保密管理規(guī)定，杜絕資料泄密或遺失。未經(jīng)甲方單位同意，測繪單位不得擅自向第三方提供該項目的任何測繪資料，如有違反將按照合同承擔相應法律責任。②在生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場使用的計算機要與互連網(wǎng)保持物理隔絕，并及時做好計算機防病毒工作和數(shù)據(jù)備份工作，防止電子數(shù)據(jù)成果的意外損壞和丟失。在生產(chǎn)過程中形成的中間資料在項目完成后統(tǒng)一在監(jiān)督下銷毀。③項目設專門的資料管理員，負責成果數(shù)據(jù)與文檔資料的保管、整理、保密工作，確保資料成果的安全性[5]。

3 質(zhì)量水平

整個生產(chǎn)過程各作業(yè)單位嚴格按照QEO三體系質(zhì)量管理體系要求進行，各作業(yè)單位組織機構健全，儀器設備、技術力量配備合理。均設立項目負責、技術負責和專職檢查員，實行質(zhì)量負責制[6]。項目嚴格執(zhí)行GB/T 18316—2008《數(shù)字測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》規(guī)范GB/T 24356—2009《測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》規(guī)范，實行二級檢查一級驗收制。

3.1 過程成果檢查

過程檢查分為外業(yè)檢查和內(nèi)業(yè)檢查2部分，外業(yè)檢查主要包括地面基站檢查、檢校場布設檢查、參考面布設檢查等，內(nèi)業(yè)檢查主要包括飛行質(zhì)量檢查、IMU/GNSS質(zhì)量檢查、坐標轉(zhuǎn)換質(zhì)量檢查、點云質(zhì)量檢查[7]、影像質(zhì)量檢查等。所有的過程檢查記錄都詳細記錄檢查和修改結(jié)果，確保進入下一工序的過程產(chǎn)品完全合格。

3.2 最終成果檢查

經(jīng)過制作、檢查、修改、復查后完成的最終產(chǎn)品，由公司專門管理質(zhì)量的部門隨機抽取進行最終檢查，最終檢查的結(jié)果代表整個項目的最終成果質(zhì)量[8]，最終成果質(zhì)量合格方可提交顧客驗收。

過程成果檢查和最終成果檢查時，都會填寫一份檢查記錄表，包括：檢查單元、作業(yè)員、檢查員、檢查日期、檢查中發(fā)現(xiàn)的問題、發(fā)現(xiàn)問題的修改狀況。

為了控制各工序的成果質(zhì)量，公司嚴格實行獎懲制度，根據(jù)檢查員評定的質(zhì)量進行獎懲，促使各工序作業(yè)人員重視質(zhì)量，達到以質(zhì)量求生存，以效益求發(fā)展的目的。

3.3 項目成果驗收

項目委托廣東省測繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心進行檢驗驗收，檢驗的技術參數(shù)包含點云質(zhì)量、IMU/GNSS質(zhì)量、飛行質(zhì)量及附件質(zhì)量。

經(jīng)分期分區(qū)分批次檢驗，“廣東省機載LiDAR點云數(shù)據(jù)獲取項目”樣本未檢出不合格品，成果質(zhì)量判定為“批合格”。

4 結(jié)語

響應廣東省建設和規(guī)劃的需要，按照招標書和合同的要求，制定完整可行的技術方案，解決了華南地區(qū)復雜地形的LiDAR點云數(shù)據(jù)的順利獲取及數(shù)據(jù)后處理，按時保質(zhì)保量完成廣東省全域總面積17.95萬km2的機載LiDAR點云數(shù)據(jù)獲取，項目成果通過了廣東省測繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的驗收，項目成果達到了立項目標的要求。項目自從2020年1月投入使用以來，經(jīng)過一年多時間的使用，成果取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。作為新興的測量三維數(shù)據(jù)獲取手段，LiDAR點云相關的市場應用不僅在傳統(tǒng)的城市測量、數(shù)字城市建設、地形地理測繪、電力線路、道路等領域發(fā)揮其不可代替的作用，更在森林防火、山體滑坡檢測、野外考察、環(huán)境生態(tài)檢測等諸多直接關系國計民生行業(yè)產(chǎn)生廣泛而深遠的影響[9]。

該項目直觀反映了廣東省的地形、地貌、道路及建筑物的分布情況，可作為廣東省三維場景數(shù)據(jù)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫更新的依據(jù)，對廣東省城鄉(xiāng)規(guī)劃、建設和管理中的公益性起到保障性作用。