機載激光雷達技術在水利水電工程中的應用

陳科

摘 要：在文中，對機載激光雷達技術特點進行了分析，并以某水利水電工程為例，闡述該技術在其中的實際應用，以期為機載激光雷達技術的推廣應用提供必要的保障。

關鍵詞：機載激光雷達技術 水利水電工程 應用

伴隨我國基礎建設對于測繪產品質量效率需求的不斷提高，為測繪行業的可持續發展提供了基礎性的平臺。其中，機載激光雷達測量技術這一快速三維空間地理信息數據采集技術逐漸發展成全新的地理信息采集技術。近年來，我國針對此技術展開了相關性地研究與應用，但始終未實現規模化生產應用。下文將闡述機載激光雷達技術在水利水電工程中的應用，以供參考。

1.機載激光雷達技術概述

所謂的機載激光雷達技術，集中了慣性導航系統、激光測距系統與全球定位系統，形成了一體化地理信息數據采集系統。其中，全球定位系統能夠提供飛行平臺的具體位置，而激光掃描測距系統則能夠提供飛行平臺和被檢測物體的相對位置，慣性導航系統即可實時提供飛行平臺軌跡以及姿態。在以上三種技術集成的背景下，能夠在短時間內采集地面的三維信息。

2.機載激光雷達技術在水利水電工程中的實踐應用

綜合考慮機載激光雷達技術特征，選定水電測繪項目作為重點研究對象，并展開了研究性的應用。在此項目中，所要的成果是實現水庫庫區與樞紐區域按照1：2000比例進行測繪。

（1）數據的采集

在實際采集數據的過程中，始終根據事先設計的系統參數，并在每個架次完成以后檢查數據信息的完整性以及數據的質量。在該項目區域內，對相關數據的采集集中表現在激光測距數據、影響數據、地面GPS基站觀測數據以及機載POS數據等等。其中，數據采集一共開展了三個架次飛行，且獲取的數據質量理想，如圖1所示，是水利水電工程項目的地表模型。

（2）數據的處理

①預處理

受到系統殘余誤差與GPS觀測條件突然變化因素的影響，各航帶之間的激光點云很容易出現拼接誤差的問題，所以應開展航帶間的匹配工作。將控制點約束添加其中亦或是對航帶重疊部分多余條件加以利用，完成平差處理工作，以保證掃描數據與控制點、原始地形數據契合性更加理想。

②激光點云類別細化

通過對三維激光點云數據的應用，可以對地表覆蓋類型以及狀況進行直觀性地反映。與此同時，借助特定濾波算法能夠將橋梁、建筑、地面與橋梁和植被等不同類別的地形地表數據有效地剝離出來。綜合考慮激光多回波與容易穿透的特點，植被密集地區的激光雷達系統是當前原始地形數據采集的最佳手段。

③坐標的轉換

在該系統應用的過程中，所獲得成果是WGS84坐標系統，有必要完成坐標的轉換，并且向用戶坐標系統轉變。以此同時，借助既有檢查點開展轉換精準度的測試。其中，高程系統轉換需要將檢測區域內部特定量與分布高程點在兩個不同坐標系統中的高程作為參考依據，對高程的異常進行求解，并在激光數據中應用，即可完成高程系統轉換的目標。以上轉換能夠在軟件系統當中有效地實現。

（3）客觀評價激光點云平面高程精準度

一方面，平面精準度。在此工程項目中，激光點云平面檢查點被分布于檢測區域內部的諸多區域中。而平面檢查點則需要對規則建筑物的側面激光點點云進行有效地提取，并將其實際提取的側面點云向水平面做投影處理，進而繪制出規則建筑物相鄰且橡膠側面兩條線的交點，并與野外實際測量的坐標成果進行對比研究。因為測量區域的條件受到一定的限制，所以在選擇平面檢查點與實際測量過程中的受限條件很多。而在此項目中，對平面檢查點選擇的有效數量是24個。雖然平面檢查點選擇的不多，但是分布與擬合的方式已經足夠滿足準確判斷激光點平面精度的要求，如表一所示。根據表一數據統計的結果可以發現，該激光點平面精準程度與設備標稱平面精度的要求相吻合。

另一方面，高程精準度。在檢驗激光點云高程精準度的過程中，一般會選擇使用經過分類以后的激光點云數據，并構建地面模型，和實際測量高程點展開對比與誤差統計。在統計誤差的過程中，可以將激光點細化成硬質裸露地面高程檢查點與普通山地高程檢查點兩種。其中，硬質裸露地面高程檢查點的數量是220個，且在檢測區域的四個不同區域內分布。其中，所有的檢查點都被分布在平緩地面位置。而山地高程檢查點的數量是979個，一般都在農作物、植被與河谷兩側山坡位置分布，對于檢查點的實際測量的過程中，要求與激光數據處于相同的坐標系統中。根據表一數據也可以發現，選擇在硬質裸露地形區的高程精準度要明顯優于普通山地地形區域的高程精準度。

3.結束語

綜上所述，在文中，將水利水電工程作為研究對象，將機載激光雷達測量技術應用于其中，并切實感知了該測量技術的優勢，能夠對植被影響地表數據采集的問題進行有效地解決，使得數據采集的難度明顯減輕，也減少了成本的投入，實現了信息采集質量與效率的全面提升。雖然實踐經驗并不豐富，仍存在一定的問題，但其最特殊的應用價值就是已經付諸于實踐，且驗證結果理想。為此，機載激光雷達測量技術的應用，為高精準測繪數據的采集提供了有價值的參考依據，尤其是應用在水利水電工程項目的建設中，值得全面推廣。

參考文獻：

[1]徐曉臣，謝津平.機載激光雷達技術在烏龍山抽水蓄能電站工程測量中的應用[J].水利水電技術，2017（10）：136-141.

[2]劉昌軍，孫濤，張琦建，等.無人機激光雷達技術在山洪災害調查評價中的應用[J].中國水利，2015（21）：49-51，62.

[3]董張博.激光雷達測繪技術在工程測繪中的應用分析[J].建筑工程技術與設計， 2017（36）：250.

[4]趙景彩.淺談激光雷達測繪技術在工程測繪中的應用[J].建筑工程技術與設計，2016（7）： 264-264.