機載LiDAR在江門市銀洲湖海岸帶地形測繪中的(de)應用(yòng)

　　海岸帶是海洋與陸地之間的(de)過渡地帶，受海洋系統和(hé)陸地系統的(de)相互作用(yòng)，随著(zhe)海洋開發領域的(de)日益拓展以及海域、海岸資源開發利用(yòng)強度和(hé)密度的(de)進一步加大(dà)，對(duì)海岸帶區(qū)域的(de)變化(huà)監測已顯得(de)尤爲重要。海岸帶區(qū)域由于地形複雜(zá)，分(fēn)布有基岩、灘塗、紅樹林(lín)及沙灘等，許多(duō)區(qū)域難以進人(rén)開展控制點的(de)布設與測量；這(zhè)種難以施測的(de)問題同時(shí)也(yě)造成了(le)灘塗海岸地區(qū)測量精度低下(xià)，采用(yòng)實地測量方式具有施測周期長(cháng)、工作量大(dà)、費時(shí)費力的(de)問題。應用(yòng)機載LiDAR進行海岸帶地形測繪具有大(dà)範圍、低成本、周期短、精度高(gāo)、能有效祛除植被的(de)特點。

　　機載激光(guāng)雷達（Light Detection And Ranging，LiDAR）集成了(le)激光(guāng)測系統、全球衛星導航系統（Global Navigation Satellite System，GNSS）與慣性測量系統（Inertial Measurement Unit，IMU）集高(gāo)分(fēn)辨率航空數碼相機技術于一體的(de)空間測量技術，能夠快(kuài)速、準确地獲取地表三維空間信息。它具有較強的(de)植被穿透性、更短的(de)作業周期以及更低的(de)生産成本；将獲取的(de)LiDAR激光(guāng)點雲數據經過處理(lǐ)與編輯，最終能得(de)到測區(qū)的(de)DSM、DEM、DOM、DLG等地形圖産品，基于這(zhè)些特點，它在城(chéng)市三維建模、資源勘察、森林(lín)調查、地形測繪、災害監測、海島海岸帶調查等方面的(de)應用(yòng)具有獨特優勢。

　　1、 測區(qū)範圍及實施過程

　　1.1 測區(qū)範圍

　　新會港至銀湖灣沿岸，測繪岸線（潮間帶）200m範圍，測區(qū)岸線長(cháng)約80km，由于該區(qū)域岸線主要以人(rén)工堤岸爲主，岸線位置界定在堤岸坡頂外緣線，向海一側獲取0.5m分(fēn)辨率DOM、DEM以1∶2000地形圖（DLG），成果坐(zuò)标系統采用(yòng)WGS-84、CGCS2000，高(gāo)程系統采用(yòng)1985國家高(gāo)程基準。

　　1.2 實施過程

　　本次項目采用(yòng)機載激光(guāng)雷達（LiDAR）掃描技術，航飛(fēi)平台爲運-5飛(fēi)機，設備爲美(měi)國天寶公司的(de)Harrier68i系統。數碼相機爲Rollei Metric AIC Pro65；慣導系統型号爲Applanix POS/AV 系列，采樣頻(pín)率200Hz；激光(guāng)掃描儀的(de)型号爲Riegl LMS-Q680i，最大(dà)脈沖頻(pín)率400kHz，掃描角度45°/60°，相對(duì)航高(gāo)H爲1200m，航向重疊度爲60%，旁向重疊度爲30%，Lidar數據點密度1.72點/m2，測區(qū)範圍共布設12條航線。

　　（1）地面參考站布設。本次航飛(fēi)測量共布設了(le)7個(gè)四級GPS點作爲地面參考站點。地面靜态基站設備使用(yòng)天寶5700和(hé)天寶5800雙頻(pín)GPS接收機，采用(yòng)地面靜态基站模式進行數據采集，采樣間隔爲1s。

　　（2）參考面布設。參考面布設是爲了(le)糾正激光(guāng)點的(de)平面和(hé)高(gāo)程數據，平面主要采集公路斑馬線或球場(chǎng)角等地面上的(de)明(míng)顯分(fēn)界線，高(gāo)程主要采集比較平整的(de)堅硬地面、球場(chǎng)硬化(huà)平整區(qū)域等，通(tōng)過參考面區(qū)域的(de)平面和(hé)高(gāo)程對(duì)比糾正，求出測區(qū)的(de)改正參數，可(kě)以糾正測區(qū)的(de)激光(guāng)點平面及高(gāo)程數據。爲保證數據處理(lǐ)的(de)精度，消除系統誤差，在測區(qū)範圍内測量部分(fēn)高(gāo)程和(hé)平面參考數據，本項目共做(zuò)了(le)8個(gè)參考面。

　　（3）參考面測量。參考面平面和(hé)高(gāo)程都采用(yòng)GPS-RTK，平面測量主要采集路邊線和(hé)有規則的(de)房(fáng)屋等，每處一般爲20個(gè)，總點數不少于10個(gè)。參考面高(gāo)程測量選在比較平整的(de)堅硬地面，旁邊無障礙物(wù)阻擋。采集高(gāo)程數據點間距爲1～2m，總點數不少于20個(gè)。

　　2、 LiDAR及原始影(yǐng)像數據預處理(lǐ)

　　LiDAR數據主要采用(yòng)TOPPIT軟件處理(lǐ)，POS數據采用(yòng)POSPAC軟件處理(lǐ)，影(yǐng)像數據采用(yòng)INPHO_orthovista軟件處理(lǐ)。

　　（1）導航文件制作：利用(yòng)POS姿态數據與地面GPS基站數據聯合處理(lǐ)，獲取導航數據文件，處理(lǐ)過程中要查看導航數據的(de)起止時(shí)間是否與實際飛(fēi)行時(shí)間匹配，飛(fēi)行軌迹是否完整，無中斷；導航數據精度指标是否滿足要求，注意查看衛星質量圖。

　　（2）控制文件制作：檢查航帶是否存在漏飛(fēi)現象的(de)同時(shí)通(tōng)過覆蓋數據範圍制作控制文件，檢查激光(guāng)數據和(hé)影(yǐng)像數據是否覆蓋了(le)整個(gè)測區(qū)範圍，是否有數據漏洞、條帶遺失。

　　（3）三維激光(guāng)點雲坐(zuò)标計算(suàn)（預處理(lǐ)+航帶校正）：将原始激光(guāng)數據進行預處理(lǐ)生成原始的(de)三維激光(guāng)點雲數據，然後将原始點雲數據依據實測的(de)平面和(hé)高(gāo)程控制點進行平面和(hé)高(gāo)程校正，計算(suàn)出地表目标物(wù)的(de)空間三維坐(zuò)标。

　　3、 LiDAR數據後處理(lǐ)

　　3.1 激光(guāng)點雲分(fēn)類

　　用(yòng)TerraSolid軟件基于不規則三角網原理(lǐ)，通(tōng)過設定參數阈值進行濾波，濾波出分(fēn)離地面點和(hé)非地面點，阈值大(dà)小設置取決于測區(qū)的(de)地形以及植被的(de)高(gāo)低、密度等。将分(fēn)離出來(lái)的(de)非地面點進行細分(fēn)：根據點的(de)高(gāo)度、分(fēn)布的(de)形狀、密度、坡度等特征，對(duì)非地面點雲進行分(fēn)類。

　　3.2 DEM制作

　　制作DEM主要采用(yòng)TOPPit軟件，DEM是用(yòng)激光(guāng)數據的(de)末次回波生成的(de)，是在用(yòng)末次回波制作的(de)DSM的(de)基礎上過濾掉地表高(gāo)于地面的(de)物(wù)體（如樹木(mù).房(fáng)屋等）後生成的(de)起伏的(de)地面模型，主要過程爲：

　　（1）格網化(huà)，将經過校正的(de)點雲數據根據其坐(zuò)标值按照(zhào)一定的(de)點間隔插入到規則格網中；

　　（2）填補小縫隙，将影(yǐng)像中存在的(de)小縫隙、小黑(hēi)洞用(yòng)其周圍點的(de)灰度值填充起來(lái)，使其有高(gāo)程值；

　　（3）去除粗差點，将比地面點或者地物(wù)點高(gāo)很多(duō)的(de)粗差點去除；

　　（4）生成浮雕影(yǐng)像，将經過填充和(hé)去除粗差點處理(lǐ)的(de)點雲數據生成浮雕影(yǐng)像，使點雲數據生成三維模型，以便更直觀的(de)反映地表的(de)情況；

　　（5）過濾，對(duì)經過填充和(hé)去除粗差點處理(lǐ)的(de)點雲過濾處理(lǐ)，将地表的(de)一些地物(wù)（如房(fáng)屋，植被地物(wù)等）濾除掉；

　　（6）手工編輯，用(yòng)程序自動過濾後，往往有些地物(wù)都沒有過濾幹淨，因此需要人(rén)工幹預處理(lǐ)，将未過濾掉的(de)地物(wù)手工擦除；

　　（7）經過過濾後影(yǐng)像上存有很多(duō)黑(hēi)洞，需應用(yòng)黑(hēi)洞周圍的(de)點高(gāo)程值内插，使地面平坦、連續；

　　（8）裁剪重疊區(qū)，将每幅影(yǐng)像邊緣的(de)重疊區(qū)裁剪掉，生成DEM模型。

　　3.3 DOM制作

　　對(duì)LiDAR數據同步獲取的(de)航空遙感影(yǐng)像空間分(fēn)辨率爲0.18m，使用(yòng)LIDAR中生成的(de)DEM結合地面控制點數據對(duì)對(duì)影(yǐng)像進行正射校正，生成經過校正的(de)單幅正射影(yǐng)像，對(duì)正射影(yǐng)像進行勻色，對(duì)多(duō)幅影(yǐng)像進行拼接，制作适當的(de)影(yǐng)像鑲嵌線，根據鑲嵌線和(hé)勻色後的(de)影(yǐng)像進行分(fēn)幅處理(lǐ)，最終獲取正射影(yǐng)像DOM。

　　3.4 DLG制作

　　1∶2000DLG采用(yòng)“激光(guāng)點雲輔助正射影(yǐng)像進行矢量化(huà)法”進行繪制，外業調繪成圖。

　　先對(duì)正射影(yǐng)像和(hé)激光(guāng)點雲數據進行匹配，根據分(fēn)類後的(de)非地面點結合高(gāo)精度正射影(yǐng)像圖繪制明(míng)顯的(de)地物(wù)，包括道路，房(fáng)屋，水(shuǐ)塘等、設施、田埂、陡坎、水(shuǐ)溝等要素。利用(yòng)DEM數據生成等高(gāo)線，對(duì)等高(gāo)線進行編輯、抽稀、圓滑等處理(lǐ)，保留特征點，然後再對(duì)高(gāo)程标注。

　　4、 結語

　　機載LiDAR具有大(dà)範圍、快(kuài)速獲取地面高(gāo)精度三維坐(zuò)标，結合航空數碼影(yǐng)像能夠生産出大(dà)比例尺地形圖的(de)特點，尤其是在人(rén)工不宜作業的(de)區(qū)域，優勢就更爲明(míng)顯，本次獲取的(de)海岸帶大(dà)比例尺地形圖對(duì)于江門市海岸地形變化(huà)監測、岸線變遷、風暴潮淹沒分(fēn)析、災害預警和(hé)災害評估等可(kě)發揮重要的(de)作用(yòng)。

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