機載三維激光掃描系統(LiDAR)數據精度分析

郭衛煒

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢 430063)

LiDAR System Data Accuracy Analysis

GUO Weiwei

機載三維激光掃描系統(LiDAR)數據精度分析

郭衛煒

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢 430063)

LiDAR System Data Accuracy Analysis

GUO Weiwei

摘要機載三維激光掃描系統是激光技術、計算機技術、高動態載體姿態測定技術和高精度動態GPS差分定位技術的集中體現。相較于傳統航空攝影測量技術，具有自動化程度更高，受天氣影響較小，數據生產周期短、精度高等特點。結合實際工程項目，對LiDAR不同航空攝影高度的飛行數據進行精度比較，論證使用LiDAR進行航空攝影測制不同比例尺地形圖的精度要求。

關鍵詞LiDAR數據處理精度地形圖

1概述

傳統的3D 測量項目生產流程，包括航空攝影—航外控體系、像控點的測量—空中三角測量設置密碼——形成DEM、DOM正射調整和鑲嵌、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，不利于現代測量科技的發展。所以，怎樣迅速得到精準度高、耗時少、費用低的航空遙感信息對鐵路建造與經濟增長有十分關鍵的實際價值。

機載LiDAR能夠迅速、高精準度、高密實度得到地表圖片和相對應的三維點云坐標信息，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，能夠優化繁雜的制造過程，降低外業測量工作數量，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(500 m，3 200 m)進行了LiDAR航空攝影測量，將獲得的飛行數據進行處理，利用激光檢校結果和RCD相機檢校結果，對試驗區的飛行數據進行精度評定，包括激光點云的高程精度和影像的水平高程精度，最終驗證設備整體精度滿足制圖精度要求。

2LiDAR數據處理流程

本次數據處理主要是對RCD航空影像、Lidar數據、IPAS數據、地面GPS數據的處理，通過IPAS解算，DEM生成及航空正射影像圖的制作，形成最終的處理結果，并對設備的檢校參數作驗證。

3試驗測區數據處理及精度分析

3.1　500 m航高測區飛行

(1)RCD影像數據處理及精度結果

項目預先進行RCD相機檢校，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，基本滿足正射影像數字產品的生產需求。檢查點精度統計見表2。

(2)激光數據精度分析

激光數據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，經過檢校和后續處理之后在實際飛行測區500 m航高可以得到平均高程誤差7.2 cm的結果，最大誤差在10 cm左右，完全滿足航測生產任務的精度需要。

3.2　3 200 m航高測區飛行

(1)RCD影像數據處理及精度結果

影像數據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，基本滿足正射影像數字產品的生產需求。檢查點精度統計見表6。

(2)激光數據精度分析

激光點云后處理精度分析結果見表7。

得出的精度分析報告如表8。

從以上分析可以看出，經過檢校和后續處理之后，在實際飛行測區3 200 m航高可以得到平均高程誤差30 cm的結果，最大誤差在84.8 cm左右，完全滿足航測生產任務的精度需要。

4結論

就項目數據處理后得出的結果來看，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，雖然由于外業控制點不是都采集在平地路面上，因此會在內插時產生相應的誤差，進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系統的高程精度滿足系統標稱的性能指標，達到了很好的DEM和DOM數字產品生產的效果。

參考文獻

[1]朱士才.LIDAR的技術原理以及在測繪中的應用[J].現代測繪，2006，29(4)

[2]劉光慶，杜勰.淺談基于Lidar數據與常規航空攝影測量制作3D產品的流程區別和優勢[J].低碳世界，2014(21)

[3]賈嬌.機載LiDAR點云與航空影像自動配準的精度分析[D].蘭州：蘭州交通大學，2013

[4]王曉輝，胡伍聲，等.LiDAR系統測量成果精度檢測[J].測繪工程，2007，16(3)

[5]王雪嬌，洪友堂.機載LiDAR技術在快速生產高精度DEM中的應用[J].北京測繪，2011(4)

[6]鄔建偉，馬洪超.機載LiDAR激光束與掃描鏡對準誤差影響分析[J].紅外與激光工程，2008，37(2)

[7]王勇，熊愛武.機載LiDAR點云數據精度評定方法的研究[J].測繪與空間地理信息，2013，37(8)

中圖分類號：U212.24+1

文獻標識碼：A

文章編號：1672-7479(2015)05-0025-03

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

收稿日期：2015-08-07