機載激光雷達遙感技術在測繪領域的應用

嚴明

摘要：機載激光雷達遙感技術應用于測繪領域中，能夠穿透薄云、輕霧以及部分植被樹葉的阻擋，精準度高，在測繪領域被廣泛的運用。基于此，本文對機載激光雷達遙感技術在測繪領域的運用展開了一些探討，僅供參考。

關鍵詞：機載激光雷達 遙感技術 測繪工作

作為能夠穿透不同植被的樹葉、穿透多云層、不需要進入具體的測量現場，以及能夠提供更加密集更加精準的數據的測量系統，機載激光雷達遙感系統在具體應用方面取得了較為出色的表現。而在測繪領域，機載激光雷達遙感系統也能夠精準的分析出地表以及相關測繪要求的信息，幫助測繪人員進行專業的數據采集，為測繪工作提供更加精準的數據支持，保證測繪工作的順利進行。

1 機載激光雷達遙感系統

機載激光雷達數據特點可以非常方便的對地表空間結構經行分類、分割。非常方便對有空間特征的物體經行提取、統計、分析。機載激光雷達遙感系統是集定位系統、導航系統以及激光掃描系統和攝影系統，特別是航空攝影系統于一體的測量系統，它能夠快速的分辨出大面積的地表地理信息，并且在數據傳輸方面擁有較高的分辨率，能夠幫助測繪人員及時的獲取相關的測繪數據，并建立數字模型和數據分析，是自GPS 發明后的另一大重要的技術革新，也是目前我國測繪領域未來發展的方向之一。

2 機載激光雷達遙感系統在測繪領域的應用

機載激光雷達遙感系統在測繪領域中的運用，可以利用激光來實現對物體之間距離的探測，并實現相關數字信息的采集，信息采集完成之后就能夠利用相關軟件來構建出高精度的數字表現模型，使工作人員更加充分的了解被測量物的地理位置信息數據。隨著該技術在各領域中的廣泛應用，其還將與CCD、POS等先進技術進行有效的結合，提高其自身的應用價值。

2.1機載激光雷達遙感系統的特點

同其他測繪系統相比，機載激光雷達遙感系統能夠擁有更高的精度，更高的密度和更高的效率，更高的分辨率，它能夠真實的反映地形地貌的特征，代替技術人員進行相關的測繪，并將數據以更快的效率傳輸到計算機系統中，將傳輸誤差控制在較小的范圍內，再經過計算機系統的數據分析和演算中建立高精度的地表模型和數字模型以及高分辨率的數碼影像。

在測量方式方面，機載激光雷達遙感系統的測量方式以主動測量為主，由于其穿透力較強，對于多云等天氣也有著較強的測繪能力，不會受天氣數值的影響，將外界的干擾因素影響降到了最低。而在機載激光雷達遙感系統具體應用中，由于其搭載了自動化操作系統，因此從飛行路線的設計到最后數據傳輸數據獲取和模型分析、圖片處理中都有著較高的自動化程度，減少了工作人員的操作次數，節省工作人員的操作精力，為工作人員進行后續的工作提供了便利。

2.2機載激光雷達遙感系統在測繪領域的具體應用

為了驗證機載激光雷達遙感系統的應用效果，試驗區選取于常州市新北區小黃山區域。范圍北至Y203公路，東至江宜高速，南至小梁線，齊梁大道、孟河大道，西至孟城東路。該攝區涉及地形和地類比較齊全，元素豐富，利于開展本次應用研究。

2.2.1點云精度檢測及精度調整優化

對該攝區范圍內的機載激光點云數據經行高精度調整。通過均勻布設的地面控制點糾正點云數據，然后導入地面檢查點檢查，驗證點云精度。同時比對未作高精度校準和校準后的檢查點高程精度。

數據精度校正控制點和檢查點測量。點位選取平地鋪裝路面特征處，如斑馬線角點、行道線拐點、道理交叉拐點，窨井蓋中心點等。測量使用GPS-RTK多測回（3次以上）測量去平均值的方式確定。

共布設控制點14個，平均每條航帶2-3個點。檢查點75個，測區均勻分布。

2.2.2精細點云分類

對校正好的點云進行精細分類，采用自動分類和人機交互式分類兩種模式。點云精細分類內容和原則：

（1）地面點層：包括常規地表點、植被下地表點、涵洞入口、隧道入口、地下車庫入口，高架橋底部可見部分、架空通道底部可見部分、露天下沉式空間區域等。

（2）低植被點層：高度低于1.5m的低矮灌木、城市低矮綠化植被等。

（3）高植被點層：可以明顯區分樹干和樹冠區域的成型樹木，如山地中的林木、城區行道樹等。

（4）混合植被點層：山區和公園區域難以區分密集植被。

（5）建筑物點層：頂部面積大于2平方米的人工構筑物都須進行分類處理。

（6）高壓線層：高大電塔及附屬電線。

（7）噪點層：航帶冗余點和其他點。

2.2.3 精細DEM、DSM制作

為充分利用機載激光雷點云數據，為后期高精度等高線制作創造有利條件，需要盡量多的保留地面點。所以在地面點探測過程中，將常用的探測最小距離改為約等于本次點云相鄰點間距，地面點保留的閾值改為本次等高線擬生成間距0.1米。最終成果保留了絕大部分地面點。

對所有點云數據經行排查，對因遮擋或植被太密集導致無法獲取有效點的區域，依據臨近關系，人工補充勾繪少量特征點、線。DEM制作利用分類后的地面點生成。在DEM生成的過程中基于地面點和特征點、線按照0.25米格網間距內插生成精細DEM。

2.2.4 等高線生成

基于精細DEM可以自動生成0.1米等高距的等高線。該種等高線能夠精細反應地表模型，可以準確還原地表真實形態。

2.2.5 試驗區冠層高度模型構建

CHM （冠層高度模型）排除了地形的影響，反映了樹木高度在空間上的分布情況。即使孤立分布的一棵樹都可以在CHM中表達出來。CHM是林業管理的基礎數據，可以作為樹木砍伐、生長監測的決策依據。在對激光雷達點云數據進行分類，獲得地面點和樹木點后，即可計算CHM。

CHM的生成方法主要有兩種。一種基于DEM和DSM。該方法首先DEM和只包含地面點和樹木點的DSM。通過計算DSM和DEM的差值即可得到CHM。第二種是先將樹木點的高程減去對應的地面點高程，而后在歸一化點云的基礎上生成CHM。

3 機載激光雷達遙感技術的發展趨勢

機載激光雷達是一種新型的傳感裝置，它在實際應用過程中能夠高精度、更快速的實現對數字信息的采集，并且能夠幫助測繪工作人員對采集到的數據進行分析以及處理。在我國測繪領域，機載激光雷達系統同LIDAR 系統進行結合、同遙感技術結合、同現代激光系統和POS 定位技術進行結合已經成為我國未來的機載激光雷達系統的發展方向。我們相信，伴隨著科技水平的不斷發展和提升，機載激光雷達遙感技術的應用水平也必然會得到較為明顯的提升，比如，由于機載激光雷達遙感技術由于其具備較強的穿透能力，因此該技術在地形測量、森林資源調查及城市建模工作中具有非常良好的應用前景。

4 結束語

綜上所述，在機載激光雷達遙感系統的應用和發展過程中，雖然其發展時間較短，但是卻擁有著更高的精準度好更快的數據傳輸速度，能夠進行有效的數據傳輸和數據模型構建，是未來測繪行業的最新的發展方向。本文研究工作的主要工作量集中在點云精細分類過程中。研究表明基于點云數據可以精確，快捷的進行植被、水體覆蓋率分析。對城市綠量的分析基本可以做到自動化，分析結果也較常規手段更加正式可靠。基于點云生成的DEM，在分析和應用上較傳統DEM更加精細。可以對邊坡預警提供有效支撐，可以用于礦區資源的現狀量化調查。對城市綠化行道樹的管理可以更精細化。通過本次研究可以得出結論：機載激光點云數據可以用于自然資源調查等相關領域，滿足日常業務管理需求。

參考文獻

[1]秦海明，王成，習曉環.機載激光雷達測深技術與應用研究進展[J].遙感技術與應用， 2016，031（004）：617-624.