機載激光雷達測量技術在大比例地形測繪中的運用及優勢

郭雙建

（西安長安大學工程設計研究院有限公司，陜西 西安 710054）

機載激光雷達（LIDAR）最初在20世紀的90年代末期發展起來，其屬于一門比較新型的遙感技術，其發展到當前的時代，大概經歷了三十多年的歷史。特別是在最近的幾年中，我們國家的有關研究人員針對LIDAR技術給予了深入的研究，同時還強化了在有關設備上的投入與使用，在具體應用的結果上分析來看其獲得的成績是十分理想的，可是盡管是這樣其自身仍然有很多的問題與不足，所以仍然需要強化對相關內容所進行的研究以及分析[1]。

1 LIDAR技術特點

LIDAR系統和機載GPS以及慣性導航系統INS以及CCD之間實現了有效的融合，除此之外還能夠達成對于空間上的準確定位[2]。在對其自身距離進行實際測量的時候，其選擇的是一種激光的方式，這樣的一種形式與以往所使用的一種航空攝影測量進行相關對比的話可以看出，其主要的主要體現在以下的幾點不同的方面上：

（1）在進行大比例地形測繪中測量的過程中，其本身并不會受到太陽角度以及陰影溫度等對于高程精度產生的不利影響，同時也并不會因為航高而對其產生制約。

（2）產品其自身的多樣行相對較多，在實際進行作業過程中具備非常多的可選性。

（3）通過測量能夠得到非常多的大比例地形測繪信息。

（4）外界作業量有所降低，使得工作效率獲得提升。

機載LIDAR系統其屬于綜合航攝影響以及空中數據定位所產生并設計完成的，所以在實際進行作業過程中，能夠為工程的應用以及數字制圖提供持續快速穩定的地面模型數據以及高分辨率數字的一種正攝影。總的來講，在實際進行作業的時候，需要對LIDAR系統進行使用，并且獲得數據的平均精準度其自身可以滿足0.5m，在高程上的精準度則可以提升到0.3m，地面間采集點其彼此之間的間隔不可以超出1.5m。

2 LIDAR測量技術中的重點問題分析

2.1 飛行設計

飛行設計可以說是激光雷達航進行大比例地形測繪里的一個不可忽視的核心環節，切實的進行好這一項目的設計是使得LIDAR技術能夠在當前共公勘察設計過程中充分的將其自身的良好作用發揮到位的基礎，并且在當前實際進行作業過程中，還需要使得采集到的相關數據能夠保持自身的準確性，通過這樣的一種方式使得數據成果自身的精度可以滿足預期想要達到的要求標準[3]。飛行設計之前還需要本著經濟和安全以及高效等基礎原則，把當前的項目成果數據當成是核心追求的一個目標，除此之外還需要針對當前的地貌和地形等基礎給予詳細并且有效的分析，除此之外還需要融合LIDAR設備自身具備的發展優勢，對于適宜的飛行參數進行確認，通過這樣的方式使其能夠質量更高的數據。

2.2 坐標與高程轉換

機載LIDAR技術可以快速對于地面對象具體的三維坐標信息進行獲取。當前，我們國家的很多項目在實際進行建設的視乎使用的都是國家坐標系或者是正坐標系，而GPS測量成果則使用的是一種WGS-84大地坐標。所以，在對這一問題給予有效分析的時候，需要對于坐標和高程系統轉換等幾個方面出現的問題給予處置，只有這樣才可以使得最終的通過LIDAR技術獲得的數據得到保證，最終將其使用到大比例地形測繪中項目的測繪。

2.3 數據分類

通過LIDAR技術獲得的三維離散點數據相對比較密集，因此能夠將其叫做“點云”。點云數據里涉及到的信息是多種多樣的，其中具備一定代表性的信息主要包含了植被和建筑物以及地面等。因此可以看出，進行后期要需要對點云給予適當的分類，并且使用這樣的一種形式，去完成植被和地面以及建筑物等相關信息的獲取。激光點云分類其自身的原理主要是參照激光點以及附近點高程去完成對比，通過這樣的方式對其進行適當的分類。從當前的具體測繪結果能夠得出，很多LIDAR后的處理軟件，都提供激光點云的一種自動的分類功能，可是這里還需要關注的一點是，如果想要得到非常理想的一種分類結果，那么在實際進行操作的時候，其本身還要求有人工對其進行適當的干預，特別是針對一些環境相對復雜多變的區域，人工干預起到的作用是不容忽視的。公路進行勘察和設計的過程中，如果想要獲得最后的數字地面模型，只要求對于地面點上的激光數據進行處置。所以，在實際對問題進行分類的過程中，需要對于激光點云里的非激光地面以及激光地面去進行。

3 大比例地形測繪對LIDAR技術的應用

3.1 大比例地形測繪影像測繪

對LIDAR獲得點云數據以及其它相關的數據繼續的完成所需要的處理，通過這樣的一種形式能夠得到數字正攝影圖像以及數字的地形圖。在實際進行作業的時候為了能夠使得公路勘察設計多個階段提出的實際要求得到滿足，正攝影圖像當前的分辨率通常都需要超出0.2m，地形比例尺其需要保持在1：2000。另外，正攝影像圖能夠對于走廊區域的相關影像給予展現，這一影像和其余地理數據以及遙感影像數據能夠實現有效的融合，除此之外還能夠進行對于公路當前全面給予精準的勘察，通過這樣的方式使得公路勘察選線的速度得到提升。

3.2 數字地面模型測繪

數字地面模型（DTM）測繪在當前公路勘察設計過程中的有效應用，其主要體現在橫和縱斷面數據屬于當前公路輔助設計提供與其相對的一種數據作為有效的支持。地形圖數字化當前因為受到了掃面矢量化其自身精準性以及原本地圖的準確性等等幾個方面因素對其產生的影響，所以其自身在速度以及精度上都不能夠與當前現代公路勘察設計進行對比。從當前的技術情況進行分析可以看出，野外實測中包含了很多不同的測量技術，同時也是精準度相對比較高的一種方式，可是這樣的一種方式在當前具體進行應用的過程中，其自身會受到多種不同因素對其產生的不利影響，特別是當前基于一些環境相對比較復雜的區域，這樣的一種方式起到的效果則會受到嚴重的影響。攝影技術在當前的地面模型以及帶狀地圖上其本身的發展都是主流，同時這樣的一種技術不管是對速度上的測量疑惑是在精度上的測量，都可以對作業提出的要求給予滿足，除此之外還需要關注的問題是，這樣的一種技術經常會被大比例地形的植被和具體的天氣情況所影響。LIDAR技術當前的產生，其非常好的處置了當前攝影技術所需要面對的主要難題，可是這樣的一種技術其本身發展的時間相對比較短，所以需要對其相關內容進行研究和有效的分析。

3.3 制作平斷面圖

平斷面圖是當前輸電線路勘測不能夠忽視的成果。平面圖使用立體作業平臺去完成獲取。在當前斷面圖進行繪制過程中，中線以及邊線斷面和風偏危險點則能夠在DEM里完成提取。因為激光掃描測量系統當前進行采集點的密度相當大，因此其自身的精度也是比較高的，其中包含了非常豐富的信息，這樣的一種情況讓中線以及邊線斷面能夠共同的得到DEM以及DSM等2種數據，同時還能夠與真實地表相貼近，使其能夠地服務在計算機的一種自動優化排位。

3.4 繪制塔基地形圖

從針對環境保護的角度去考慮，在當前超高壓以及特高壓輸電線路勘測設計過程中的桿塔位全方位高低腿當前已經成為了一種比較普遍的設計形式，所以結構專業針對當前大體積地形圖測量提出的要求也在不斷的提升。當前條件下線路終勘的一種塔基地形圖一般都使用工測的方式進行測量，其占用了非常多的人力以及時間（50%～70%），這樣的一種方式不但費時費力，并且點還不容易被有效的測量，內業處置的工作量也非常大。當前伴隨著激光掃描測量技術的快速發展與日益成熟，精度不斷的提升，這樣的一種情況下自然會使得形圖的數據收集以及處理朝著自動化的方向發展。另外，激光點的精度相對比較高，點之間的距大概在2m，在特定區域完成土方量自動的平衡計算，能夠獲得精準的土方量值。

3.5 其它方面的應用

使用LIDAR忽的到的DTM與0.2m高分辨率影響之間屬于一種疊加的關系，其自身能夠完成工程具體地貌的建立。這個時候有關的作業人員，能夠直接去對崩坍以及滑坡等一些不利的地質的邊界和形狀等相關內容去完成所需要的采集，通過這樣的一種方式能剛在很大程度上使得不良地質遙感解釋自身的精準度得到提升。另外，通過對于高分辨率正攝影像以及DTM二者之間進行的有效應用，可以將三維輔助公路設計工作的有效進行，提供強切實可行的一種數據支持，通過這樣的方式也能夠讓當前大比例地形測繪人員能夠更加直接的進行大比例地形測繪，并且也能夠完成對于當前大比例地形測繪里涉及到的隧道以及橋梁等多個不同項目構造物之間進行有效的設置，通過這樣的方式使得公路自身的合理性的提升，使得公路建設工作能夠快速有效的進行，通過這樣的方式為人們提供一個非常好的大比例地形測繪結果。

4 結語

綜上所述，LIDAR測量技術當前的應用，這樣的一種方式讓大比例地形測繪勘察效率獲得了明顯的提升，同時還從一定程度上完成了對工程造價的有效控制。在公路大比例地形測繪過程中，合理的使用LIDAR技術，要關注的是對其應用過程里出現的多種問題完成有效的分析，通過這樣的方式也能夠讓其自身的應用效果獲得切實可行的提升。