机载激光雷达技术在水利水电工程中的应用

陈科

摘 要：在文中，对机载激光雷达技术特点进行了分析，并以某水利水电工程为例，阐述该技术在其中的实际应用，以期为机载激光雷达技术的推广应用提供必要的保障。

关键词：机载激光雷达技术 水利水电工程 应用

伴随我国基础建设对于测绘产品质量效率需求的不断提高，为测绘行业的可持续发展提供了基础性的平台。其中，机载激光雷达测量技术这一快速三维空间地理信息数据采集技术逐渐发展成全新的地理信息采集技术。近年来，我国针对此技术展开了相关性地研究与应用，但始终未实现规模化生产应用。下文将阐述机载激光雷达技术在水利水电工程中的应用，以供参考。

1.机载激光雷达技术概述

所谓的机载激光雷达技术，集中了惯性导航系统、激光测距系统与全球定位系统，形成了一体化地理信息数据采集系统。其中，全球定位系统能够提供飞行平台的具体位置，而激光扫描测距系统则能够提供飞行平台和被检测物体的相对位置，惯性导航系统即可实时提供飞行平台轨迹以及姿态。在以上三种技术集成的背景下，能够在短时间内采集地面的三维信息。

2.机载激光雷达技术在水利水电工程中的实践应用

综合考虑机载激光雷达技术特征，选定水电测绘项目作为重点研究对象，并展开了研究性的应用。在此项目中，所要的成果是实现水库库区与枢纽区域按照1：2000比例进行测绘。

（1）数据的采集

在实际采集数据的过程中，始终根据事先设计的系统参数，并在每个架次完成以后检查数据信息的完整性以及数据的质量。在该项目区域内，对相关数据的采集集中表现在激光测距数据、影响数据、地面GPS基站观测数据以及机载POS数据等等。其中，数据采集一共开展了三个架次飞行，且获取的数据质量理想，如图1所示，是水利水电工程项目的地表模型。

（2）数据的处理

①预处理

受到系统残余误差与GPS观测条件突然变化因素的影响，各航带之间的激光点云很容易出现拼接误差的问题，所以应开展航带间的匹配工作。将控制点约束添加其中亦或是对航带重叠部分多余条件加以利用，完成平差处理工作，以保证扫描数据与控制点、原始地形数据契合性更加理想。

②激光点云类别细化

通过对三维激光点云数据的应用，可以对地表覆盖类型以及状况进行直观性地反映。与此同时，借助特定滤波算法能够将桥梁、建筑、地面与桥梁和植被等不同类别的地形地表数据有效地剥离出来。综合考虑激光多回波与容易穿透的特点，植被密集地区的激光雷达系统是当前原始地形数据采集的最佳手段。

③坐标的转换

在该系统应用的过程中，所获得成果是WGS84坐标系统，有必要完成坐标的转换，并且向用户坐标系统转变。以此同时，借助既有检查点开展转换精准度的测试。其中，高程系统转换需要将检测区域内部特定量与分布高程点在两个不同坐標系统中的高程作为参考依据，对高程的异常进行求解，并在激光数据中应用，即可完成高程系统转换的目标。以上转换能够在软件系统当中有效地实现。

（3）客观评价激光点云平面高程精准度

一方面，平面精准度。在此工程项目中，激光点云平面检查点被分布于检测区域内部的诸多区域中。而平面检查点则需要对规则建筑物的侧面激光点点云进行有效地提取，并将其实际提取的侧面点云向水平面做投影处理，进而绘制出规则建筑物相邻且橡胶侧面两条线的交点，并与野外实际测量的坐标成果进行对比研究。因为测量区域的条件受到一定的限制，所以在选择平面检查点与实际测量过程中的受限条件很多。而在此项目中，对平面检查点选择的有效数量是24个。虽然平面检查点选择的不多，但是分布与拟合的方式已经足够满足准确判断激光点平面精度的要求，如表一所示。根据表一数据统计的结果可以发现，该激光点平面精准程度与设备标称平面精度的要求相吻合。

另一方面，高程精准度。在检验激光点云高程精准度的过程中，一般会选择使用经过分类以后的激光点云数据，并构建地面模型，和实际测量高程点展开对比与误差统计。在统计误差的过程中，可以将激光点细化成硬质裸露地面高程检查点与普通山地高程检查点两种。其中，硬质裸露地面高程检查点的数量是220个，且在检测区域的四个不同区域内分布。其中，所有的检查点都被分布在平缓地面位置。而山地高程检查点的数量是979个，一般都在农作物、植被与河谷两侧山坡位置分布，对于检查点的实际测量的过程中，要求与激光数据处于相同的坐标系统中。根据表一数据也可以发现，选择在硬质裸露地形区的高程精准度要明显优于普通山地地形区域的高程精准度。

3.结束语

综上所述，在文中，将水利水电工程作为研究对象，将机载激光雷达测量技术应用于其中，并切实感知了该测量技术的优势，能够对植被影响地表数据采集的问题进行有效地解决，使得数据采集的难度明显减轻，也减少了成本的投入，实现了信息采集质量与效率的全面提升。虽然实践经验并不丰富，仍存在一定的问题，但其最特殊的应用价值就是已经付诸于实践，且验证结果理想。为此，机载激光雷达测量技术的应用，为高精准测绘数据的采集提供了有价值的参考依据，尤其是应用在水利水电工程项目的建设中，值得全面推广。

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