正射影像(DOM)與機(jī)載激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的融合應(yīng)用

宋亭磊

【摘要】隨著現(xiàn)代化測(cè)繪技術(shù)的蓬勃發(fā)展，工程建設(shè)對(duì)于測(cè)繪產(chǎn)品的精度和成果多樣性要求越來越高，尤其是對(duì)數(shù)字線畫圖的生產(chǎn)更是提出了更高的要求 。產(chǎn)品精度要高，生產(chǎn)速度要快，同時(shí)還要兼顧經(jīng)濟(jì)效益，降低生產(chǎn)成本。作為無(wú)人機(jī)低空航空攝影測(cè)量已經(jīng)發(fā)展成為較為成熟的技術(shù)手段。由于目前無(wú)人機(jī)航測(cè)生產(chǎn)出來的正射影像（DOM）和數(shù)字高程模型（DEM）等產(chǎn)品，只能解決線性要素、植被圖斑及獨(dú)立地物的繪植，而地貌及高程點(diǎn)的精度還不足以滿足大比例尺數(shù)字化測(cè)繪的需求。因此，解決高程精度問題成為了生產(chǎn)當(dāng)中的痛點(diǎn)，本文主要闡述利用機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)，生產(chǎn)地面點(diǎn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并結(jié)合正射影像（DOM）生產(chǎn)大比例尺數(shù)字線化圖的優(yōu)勢(shì)及其精度分析。

【關(guān)鍵詞】機(jī)載激光雷達(dá);無(wú)人機(jī);水利工程測(cè)量;應(yīng)用

1、項(xiàng)目背景

肥西縣截污工程是環(huán)巢湖地區(qū)環(huán)境綜合治理的重點(diǎn)工程之一。該項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)埋設(shè)一條截污管道，合肥市西南繁華大道起，沿G206向東南至合銅公路，再沿合銅公路向西南至將口河，最后沿將口河至巢湖，線路全線長(zhǎng)約32km。該項(xiàng)目要求提供全要素1：1000數(shù)字化地形圖和0.1m地面分辨率的正射影像（DOM），并對(duì)完工日期和主要技術(shù)參數(shù)做了要求。

2、項(xiàng)目策劃與實(shí)施

⑴由于該項(xiàng)目工期緊要求高，期間正值五月，天氣炎熱，作業(yè)人手有限。于是依據(jù)此項(xiàng)目特點(diǎn)制定了詳細(xì)的作業(yè)計(jì)劃。計(jì)劃決定采用一組人使用低空無(wú)人機(jī)航飛生產(chǎn)正射影像（DOM）數(shù)據(jù)，同時(shí)另外一組人采用機(jī)載激光雷達(dá)航飛對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行掃描，生產(chǎn)出覆蓋測(cè)區(qū)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

⑵機(jī)載三維激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)是一種主動(dòng)航空遙感裝置，是實(shí)現(xiàn)地面三維坐標(biāo)和影像數(shù)據(jù)同步、快速、高精確獲取，并快速、智能化實(shí)現(xiàn)地物三維實(shí)時(shí)、變化、真實(shí)形態(tài)特性再現(xiàn)的一種國(guó)際領(lǐng)先的測(cè)繪高新技術(shù)。該技術(shù)基 于激光測(cè)距、GPS定位、慣導(dǎo)測(cè)量、及航空攝影測(cè)量原理，可以快速、低成本、高精度地獲取三維地形地貌、航空數(shù)碼影像等空間地理信息數(shù)據(jù)。

機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)繪相比較與其他手段的測(cè)繪有著明顯的優(yōu)勢(shì)：成果的整體精度與精細(xì)程度更高。三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)都是由激光直接測(cè)量得到，而傳統(tǒng)航測(cè)本質(zhì)上是依據(jù)有限幾個(gè)像控點(diǎn)基于航測(cè)理論進(jìn)行的擬合測(cè)量;三維激光雷達(dá)系統(tǒng)采集原始點(diǎn)的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)航測(cè)，平均每平方米可達(dá)到一個(gè)、甚至十幾個(gè)原始數(shù)據(jù)點(diǎn)，這是傳統(tǒng)航測(cè)立體像對(duì)模擬技術(shù)采集或工程測(cè)量人工采集所無(wú)法比擬的;高程測(cè)量精度比其他測(cè)繪方法更高。特別在對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量手段存在困難的樹木植被覆蓋地區(qū)，由于激光掃描的速度非?？?，密度也非常高，只要植被有一點(diǎn)點(diǎn)空隙激光點(diǎn)就可以達(dá)到地面，從而獲取更高精度的地面點(diǎn)數(shù)據(jù)。

3、DOM與機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)融合生產(chǎn)數(shù)字化地形圖

生產(chǎn)出DOM與點(diǎn)云數(shù)據(jù)以后，對(duì)于數(shù)字地形圖的生產(chǎn)采用先內(nèi)業(yè)后外業(yè)的方法經(jīng)行。

3.1內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

首先對(duì)DOM和點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查，其主要指標(biāo)均符合項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求。

其次，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)行分類處理，除去噪聲點(diǎn)和屋頂及植被上的點(diǎn)云，得到覆蓋測(cè)區(qū)的地面點(diǎn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，之后使用Global Mapper軟件對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)按百分之一的比例抽稀處理，以減少數(shù)據(jù)量。

最后將正射影像（DOM）和抽稀后的地面點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入Global Mapper，生成兩種數(shù)據(jù)疊加的影像數(shù)據(jù)。并導(dǎo)出為.jpg格式的圖像，以便于導(dǎo)入Cass繪制線化圖。導(dǎo)出后如圖1所示：

3.2在Cass環(huán)境下繪制線化圖

在經(jīng)過了以上數(shù)據(jù)處理之后，將Global Mapper生成的.jpg格式的圖像導(dǎo)入Cass再疊加經(jīng)抽稀過的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。由此各個(gè)要素均能夠方便的繪制出來，既解決了線性地物的問題也解決了高程點(diǎn)的精度問題。

3.3外業(yè)調(diào)繪

當(dāng)內(nèi)業(yè)完成以后，安排人員到實(shí)地實(shí)施調(diào)繪。主要檢查地物的平面精度和高程點(diǎn)的精度。

4、精度分析

本次外業(yè)檢查從每一幅圖上抽取均勻分布的地物點(diǎn)與高程點(diǎn)實(shí)測(cè)。并把實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與內(nèi)業(yè)繪制的地形圖和摘取的高程點(diǎn)作對(duì)比。經(jīng)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，平面位置中誤差為±0.1m，高程中誤差為±0.2m。結(jié)果完全符合1：1000比例尺數(shù)字地形圖的測(cè)量要求。

結(jié)語(yǔ)：

對(duì)于數(shù)字化地形圖的生產(chǎn)，借助于機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)可以避免因?yàn)榈孛嬷脖桓采w過密而造成的高程點(diǎn)數(shù)據(jù)無(wú)法精確獲得的問題。同時(shí)加快了產(chǎn)品的生產(chǎn)速度和精度。對(duì)于植被茂密地區(qū)的測(cè)繪，由無(wú)人機(jī)航拍生產(chǎn)的正射影像（DOM）和機(jī)載激光雷達(dá)掃描所得到的地面點(diǎn)云數(shù)據(jù)融合使用能極大的提高作業(yè)效率，且成果精度完全符合測(cè)量規(guī)范的要求，這也為我們測(cè)繪產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了新的途徑。

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