机载激光雷达在1:500地形图测绘中的应用

 机载激光雷达在1:500地形图测绘中的应用

师丝 ,颜阳洋

昆明麦普空间科技有限公司

摘要：机载激光雷达是现代工程测绘的重要手段，其能通过无人机平台搭载激光扫描仪、数码相机等传感设备，准确获取地物信息资料，为工程项目建设提供数据支撑。本文在阐述机载激光雷达测绘原理的基础上，就其在1:500地形图测绘中的应用要点展开分析，期望能进一步提升机载激光雷达应用效益，保证地形图测绘效率和精准性，促进测绘工程的持续、稳步发展。

关键词：测绘工程；机载激光雷达；地形图；测绘工程

测绘工作能为工程项目建设提供全面的地形地貌信息资料，有助于项目设计、施工工作的开展。现代工程建设模式下，人们对于地形图测绘的效率和精度提出较高的要求，促使工程测绘技术手段获得全面创新。在1:500地形图测绘中，机载激光雷达应用广泛，其能在克服植被等地表物遮挡的基础上，较为有效准确的获知真实的地形地貌信息，为工程项目建设奠定良好基础。

一、机载激光雷达技术原理

作为一种现代化的工程测绘技术，激光雷达技术在激光测距、惯性导航测量的基础上，融合使用了差分定位、计算机等多种技术，实现了工程测量的数字化发展。结合激光雷达搭载载体的差异，将激光雷达分为星载、机载和地基激光雷达三种形态。

机载激光雷达主要是依托无人机搭载激光雷达设备进行地物目标信息获取和测量的。在实际测量中，无人机搭载平台上包含了的激光扫描仪、数码相机等雷达探测设备和激光测距设备；在地物信息获取阶段，无人机上的激光测距系统会依据技术设计向探测目标发射高频激光脉冲，这样能直接获取地物表面的特征点信息；随后通过GPS接收机接收这些信息，借助计算机完成数据处理，可生成高密度的三维空间坐标点云。对激光点云数据进行分析，可知道每个点均有（X，Y，Z）三维坐标，这些坐标的精度较高，从不同的视角实现点云的三维显示。通过测量和计算这些点云数据，能实现测量目标表面积、体积等信息的准确量测。对比传统工程测量手段，即在激光雷达技术因多次回波可有效的削弱目标物附近的障碍物的干扰，整体测量效率较快，测量精度较高[1]。

二、机载激光雷达应用与发展

通过对飞机雷达系统的分析和认识，发现我国雷达系统较短，基础技术需要进一步发展和优化，开发和应用前景广阔。核心技术的缺乏导致拥有产权的核心设备和部件的缺乏。从国外引进是进一步发展和完善载体激光导线硬件系统所必需的。对于一些具有一定激光强度的设备和测距，需要从国外进口，以弥补我国技术的不足。随着技术的发展，有关科学家应考虑到国家生产技术的必要组成部分，加强对航空器雷达系统软件系统的研究，并不断改进其系统中的数据处理。制定了一系列指导方针，鼓励技术人员改进激光雷达设备处理关键技术的优化，利用机器人技术在复杂地形图中工作，不断提高实测图像的质量。我们各国已经具备生产激光设施以及在各种活动领域应用和推广技术的能力。技术员应不断促进相关产品的成熟和商业化，以便利用飞机上雷达系统的优势，为我国的工作提供更好的服务。

三、1:500地形图测绘中机载激光雷达的应用要点

1、基站布设

1:500地形图测绘中，规范化的布设基站，能为无人机载激光雷达技术的应用提供良好基础。一方面，测绘工作人员需要在地面布设GPS基站，在考虑工程测量目标、规范的基础上，结合测量精度要求，设置高精度信号接收机和机载POS系统，以此来开展动态DGPS相位差分测量，确保测量定位的准确性。另一方面，在1:500地形图实际测量中，基于基站开展测绘工作，要求严格测试工作半径，通常确保其测绘半径保持在15~50km之间，同时在相邻基站设置中，应保证其间隔控制在30km以内，从源头上保证测量数据可靠性。

2、航测参数选择

通过机载激光雷达技术开展地形图测绘时，还应注重航测参数的系统设置；通常航测参数不仅包含激光点密度、发射频率、分辨率，而且涉及高度、激光重合度。在航测参数设计阶段，激光点间距的参数选择会对地面点插值精度造成直接影响，对此在激光点间距参数控制中，要求通过平均点间距或单位平方米内点的数量来显示激光点的间隔。同时在测量过程中，应重视航向与旁向间隔的控制。

3、辅助地面控制测量

为保证1:500地形图测绘的准确程度，通过机载激光雷达技术实施测量的同时，还应结合地面基站实施辅助测量。实际测量中，需对地面控制测量的影响因素进行深层次分析，具体考量的指标包括基站精度、坐标转换，大地水准面拟合精度等要素。在辅助地面控制测量技术中，要求对机载激光雷达技术的应用细节进行全面考虑。

4、点云数据成图

正确分类点云后，可以使用已分类的曲面点数据高效地建模模型并手动进行干预。对于模型中某些无效的三角剖分问题，可以手动将未有效分隔的曲面点拆分为地面点，并最终推动三角剖分的合理发展。对于某些区域的高度变化较大，可以通过调整相应的算法和软件类特定参数来自动重新实现较小的区域分类。正确分类点后，对地面点建模并有效解决地面点模型中的轮廓关键点。您可以使用相应的软件设备加速等高线的生成，并相应地设置垂直距离、最小面积、平滑度等的基本参数，以创建相应的比例尺来执行项目。此外，将根据高程点的特定要求导出点云数据的三维坐标区域，从而创建点数据文件。最后，将所有与高程点和等高线相关的数据文件导入CASS软件设备以进行有效编辑。

5、数据处理及融合建模

借助机载激光雷达设备完成外业测量后，还需要进行数据的内业处理，为后期融合建模工作开展奠定良好基础。在数据处理阶段，应严格按照POS数据处理、检校数据应用、航迹带改正、点云数据解算和精度检查的流程进行操作，通过这五个步骤，系统分析GNSS数据、IMU数据、飞行记录，并对基站控制点和测距等数据进行校正，在计算机数据处理系统的支撑下，将所有的数据转化为DOM/DEM数据，为后期应用提供有效保证。要注意的是，其一，在POS数据处理阶段，应将具有较大偏差的卫星数据剔除，然后完成GNSS数据与机载GNSS数据的差分处理，与IMU数据进行联合，形成最终的POS数据。其二，在数据检校阶段，应结合偏心角、偏心分量等信息，完成数据误差校正，在这些数据校正的过程中，应利用变系数加权平均法完成航带间的拼接误差处理，消除数据系统误差。其三，测绘人员应进行点云数据计算，并将处理后的点云数据与控制点数据进行对比检查，进一步保证数据精度[3]。

完成数据处理后，还应进行多元数据的融合，结合1:500比例尺完成地形图建模工作，该环节中，若模型中存在不合理的三角网，需人为干预模型创建，确保三角网合理化。其次若建模过程出现高程突变数据，应在优化软件分类的基础上，对分类的算法进行参数调整，通过小面积自动分类，消除高程突变区域。最后在地面点云精准分类后，需分离出等高线关键点，并利用软件自动生成等高线，进而形成完整的地形图，为工程后期建设奠定良好基础。

四、结语

机载激光雷达是现代工程测量的新兴技术手段，深化其在1:500地形图测绘中的应用，能有效地提升工程测量效率和精度。新时期，工程测绘人员只有系统掌握机载激光雷达的测量原理，强化其在工程测量各个环节的技术把控，才能有效提升机载激光雷达应用水平，保证工程测量综合效益，促进测绘工程的可持续发展。

参考文献

[1]黄庭珠,黄楠.无人机载激光雷达在山区地形图测绘中的应用研究[J].内蒙古煤炭经济,2021,(15):16-17.

[2]李卫良,龙世林.无人机载激光雷达在山区地形图测绘中的应用[J].科技创新与应用,2020,(36):145-147.