机载激光雷达技术在摄影测量中的应用

潘 瑶

飞燕航空遥感技术有限公司江苏分公司

机载激光雷达技术在摄影测量中的应用

潘 瑶

飞燕航空遥感技术有限公司江苏分公司

机载激光雷达技术是结合激光测距、数字航空摄影等多种测量技术的新型测量技术。激光雷达技术通过发射激光获取地面的数据，同时采用计算机技术剔除数据库中地面植被等杂物的数据，最终获得地表的数字高程数据(DEM)。机载激光雷达测量技术可以快速对线路走廊进行高精度三维测量，直接采集线路走廊高精度激光点云和高分辨率航空数码影像，进而获得高精度三维线路走廊地形地貌及地物的精确三维空间信息，从而为输电线路设计提供高精度测量数据成果。本文将浅谈其在电力线路勘测中的应用。

机载激光雷达技术；摄影测量；应用

1、前言

机载激光雷达技术是目前较为成熟的新型测量技术，与传统的测量技术相比，机载激光雷达测量技术具有以下特点：首先，测量数据精度高、速度快、内业数据自动化处理程度高、作业成本相对较低；另外，机载激光具有较强的穿透能力，对于地表植被稀疏的地形，其所获数据的高程精度很高。机载激光雷达技术是结合GPS全球定位系统、惯性导航系统以及激光扫描技术与一体的一项新型的三维遥感技术。

2、机载激光雷达技术的应用

2.1 航飞的要求

通常情况下，航线应从东到西直线飞行，但是由于线路工程走向是任意的，因此，要根据线路工程的实际情况具体实施。按照最新的国家获取规范进行航线设计，航摄季节一般选择测区内最为有利的天气情况，并尽可能的避免或减少地表植被覆盖对航摄的影响，同时要考虑工期的要求，确保工程又快又好的完成。

2.2 激光雷达数据内业处理

在激光雷达数据中有些数据明显不合理，需要剔除，这些点称为异常点。高程系统一般与平面坐标系统同时处理，将大地高转换成正常高。内业数据处理最重要的步骤是激光雷达数据的滤波。将LiDAR点云数据地表点(含植被、水系、构筑物等自然人工地物表面点)精确分类出来，将已完成分类点云中所有地表点以及地表之上的植被、建筑物、构筑物等自然及人工地物表面形态上的点均作为特征点，带有高程信息的面状水域范围线作为特征线，参与数字表面模型(DSM)产品的构建与输出；点云中地面点、桥梁点、水点作为特征点，带有高程信息的面状水域范围线和河流边线作为特征线，参与数字高程模型(DEM)产品的构建与输出。

2.3 电力线路路径优化

在内业选线阶段，我们可以利用卫片图选择较为合理的转角，将选定的转角数据导入生成好的DOM数据和DEM数据，并结合平断面软件生成架空线路的平断面图，设计人员根据平断面图进行排杆作业，初选直线塔位的位置。

2.4 确定线路杆塔位置

在线路的路径基本确定以后，再利用高精度的地物高程模型，生成直线塔位的塔基断面图，再咨询设计人员确定塔位是否符合设计要求，如符合则线路路径确定，如不符合则要在直线塔位附近微调，直到选择出满足要求的直线塔为止。

2.5 外业定位测量

在确定了线路路径、杆塔位置以后，工程就进入了终勘定位阶段。在此阶段，我们常常利用GPS与全站仪相结合的方式进行作业，虽然机载激光雷达技术相对成熟，但是必要的外业检查是必须的，通常要检核的内容有：低等级电力线及通讯线的平面位置，高等级电力线的平面位置及线高、直线塔位之间跨越山头的高程、跨越树的高度、以及其他重要地物的平面位置及高程等，此阶段的工作一般要与设计人员共同完成，如有出入，要及时改正。

3、与传统航测比较机载激光雷达的优越性

尽管基于航空摄影测量的选线手段相对于人工选线来说是一项较大的技术突破，但是它仍然存在着作业流程复杂、外业工作量大、平断面精度不高和数据不直观、软件平台不易用等缺点，从而导致工程设计效率低、工期长。与传统航空摄影测量优化选线技术相比，机载激光雷达测量技术在输电线路优化选线设计业务中很多方面具有明显优势，主要表现如下：

(1)机载激光雷达技术属非接触主动式测量，直接获取地面三维坐标。激光雷达测量技术获取的激光点云数据是三维的，数据精度高，地形细节表现更好。

(2)植被穿透力强，高程精度高于平面精度。平断面精度断面点高程误差通常在0.5m以内。

(3)不受太阳高度角影像。因此，作业时间的自由度大。

(4)外业控制点布设量很小。激光雷达测量技术利用机载GPS和IMU形成的POS系统联测，只需极少的外业布控，通常几十公里一个布控点。

(5)外业调绘工作量小。激光雷达测量技术获取的信息更丰富，处理得到的高精度、高分辨率的DEM数据、DOM数据以及激光点云数据，使得对地形地物的判读、空间信息的量测(面积、距离、角度、坡度等)与获取更加准确和便捷，有利于在选线过程中对一些重要地物的避让，譬如公路、村庄、规划区、庙宇、树木、矿区等，大大减少外业调绘工作量。

(6)平断面图采集效率高。基于激光雷达测量技术，线路断面可从DEM数据中自动提取，平面数据可通过DOM进行快速人工采集，一些诸如房高、树高、塔高等信息则利用激光点云数据自动提取，避免了传统航测作业中内业人员逐点进行立体量测的繁琐过程，与航空摄影测量优化选线技术相比，应用机载激光雷达优化选线技术进行平断面采集作业效率提高了50%以上。

(7)机载激光雷达路径优化选线平台简单易操作。无需配备航空摄影测量所需的专业立体观测设备，可非常方便地安装在便携机上，设计人员可在野外现场进行选线，并根据即时断面数据进行预排杆，大大提高改线作业效率。

4、结语

航空遥感未来的发展方向是多种传感器的高度集成，多数据源的合成处理，机载LIDAR技术是当今摄影测量与遥感领域的一项前沿技术，机载LIDAR系统同被动光学传感器及IMU/GPS等系统的高度集成将给整个摄影测量领域带来一场技术革命。机载LIDAR技术的发展与应用为获取高时空分辨率的地球空间信息提供了全新的技术手段，使人们从传统的单一数据获取变为连续自动数据获取，提高了观测的精度和速度，快速精确获取数字地面模型及地面物体的三维坐标，同时配合数码影像或红外成像信息，提高数据分类和物体识别的能力，可快速制作正射影像图、数字等高线、纵横断面图等数据产品，在摄影测量与遥感领域及工程测绘等领域具有广阔的发展前景和应用需求。

[1]文华.基于机载激光雷达技术的电力线路测量研究[J].科技资讯，2015(09)：35～36.

[2]张芳宁.基于机载激光雷达的输电线路优化技术研究[J].科技资讯，2011(06)：128.