機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用

陳科

摘 要：在文中，對機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并以某水利水電工程為例，闡述該技術(shù)在其中的實(shí)際應(yīng)用，以期為機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)的推廣應(yīng)用提供必要的保障。

關(guān)鍵詞：機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù) 水利水電工程 應(yīng)用

伴隨我國基礎(chǔ)建設(shè)對于測繪產(chǎn)品質(zhì)量效率需求的不斷提高，為測繪行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了基礎(chǔ)性的平臺。其中，機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)這一快速三維空間地理信息數(shù)據(jù)采集技術(shù)逐漸發(fā)展成全新的地理信息采集技術(shù)。近年來，我國針對此技術(shù)展開了相關(guān)性地研究與應(yīng)用，但始終未實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)應(yīng)用。下文將闡述機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用，以供參考。

1.機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)概述

所謂的機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)，集中了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、激光測距系統(tǒng)與全球定位系統(tǒng)，形成了一體化地理信息數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其中，全球定位系統(tǒng)能夠提供飛行平臺的具體位置，而激光掃描測距系統(tǒng)則能夠提供飛行平臺和被檢測物體的相對位置，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)即可實(shí)時(shí)提供飛行平臺軌跡以及姿態(tài)。在以上三種技術(shù)集成的背景下，能夠在短時(shí)間內(nèi)采集地面的三維信息。

2.機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)在水利水電工程中的實(shí)踐應(yīng)用

綜合考慮機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)特征，選定水電測繪項(xiàng)目作為重點(diǎn)研究對象，并展開了研究性的應(yīng)用。在此項(xiàng)目中，所要的成果是實(shí)現(xiàn)水庫庫區(qū)與樞紐區(qū)域按照1：2000比例進(jìn)行測繪。

（1）數(shù)據(jù)的采集

在實(shí)際采集數(shù)據(jù)的過程中，始終根據(jù)事先設(shè)計(jì)的系統(tǒng)參數(shù)，并在每個(gè)架次完成以后檢查數(shù)據(jù)信息的完整性以及數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在該項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)，對相關(guān)數(shù)據(jù)的采集集中表現(xiàn)在激光測距數(shù)據(jù)、影響數(shù)據(jù)、地面GPS基站觀測數(shù)據(jù)以及機(jī)載POS數(shù)據(jù)等等。其中，數(shù)據(jù)采集一共開展了三個(gè)架次飛行，且獲取的數(shù)據(jù)質(zhì)量理想，如圖1所示，是水利水電工程項(xiàng)目的地表模型。

（2）數(shù)據(jù)的處理

①預(yù)處理

受到系統(tǒng)殘余誤差與GPS觀測條件突然變化因素的影響，各航帶之間的激光點(diǎn)云很容易出現(xiàn)拼接誤差的問題，所以應(yīng)開展航帶間的匹配工作。將控制點(diǎn)約束添加其中亦或是對航帶重疊部分多余條件加以利用，完成平差處理工作，以保證掃描數(shù)據(jù)與控制點(diǎn)、原始地形數(shù)據(jù)契合性更加理想。

②激光點(diǎn)云類別細(xì)化

通過對三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的應(yīng)用，可以對地表覆蓋類型以及狀況進(jìn)行直觀性地反映。與此同時(shí)，借助特定濾波算法能夠?qū)蛄?、建筑、地面與橋梁和植被等不同類別的地形地表數(shù)據(jù)有效地剝離出來。綜合考慮激光多回波與容易穿透的特點(diǎn)，植被密集地區(qū)的激光雷達(dá)系統(tǒng)是當(dāng)前原始地形數(shù)據(jù)采集的最佳手段。

③坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換

在該系統(tǒng)應(yīng)用的過程中，所獲得成果是WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)，有必要完成坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，并且向用戶坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。以此同時(shí)，借助既有檢查點(diǎn)開展轉(zhuǎn)換精準(zhǔn)度的測試。其中，高程系統(tǒng)轉(zhuǎn)換需要將檢測區(qū)域內(nèi)部特定量與分布高程點(diǎn)在兩個(gè)不同坐標(biāo)系統(tǒng)中的高程作為參考依據(jù)，對高程的異常進(jìn)行求解，并在激光數(shù)據(jù)中應(yīng)用，即可完成高程系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的目標(biāo)。以上轉(zhuǎn)換能夠在軟件系統(tǒng)當(dāng)中有效地實(shí)現(xiàn)。

（3）客觀評價(jià)激光點(diǎn)云平面高程精準(zhǔn)度

一方面，平面精準(zhǔn)度。在此工程項(xiàng)目中，激光點(diǎn)云平面檢查點(diǎn)被分布于檢測區(qū)域內(nèi)部的諸多區(qū)域中。而平面檢查點(diǎn)則需要對規(guī)則建筑物的側(cè)面激光點(diǎn)點(diǎn)云進(jìn)行有效地提取，并將其實(shí)際提取的側(cè)面點(diǎn)云向水平面做投影處理，進(jìn)而繪制出規(guī)則建筑物相鄰且橡膠側(cè)面兩條線的交點(diǎn)，并與野外實(shí)際測量的坐標(biāo)成果進(jìn)行對比研究。因?yàn)闇y量區(qū)域的條件受到一定的限制，所以在選擇平面檢查點(diǎn)與實(shí)際測量過程中的受限條件很多。而在此項(xiàng)目中，對平面檢查點(diǎn)選擇的有效數(shù)量是24個(gè)。雖然平面檢查點(diǎn)選擇的不多，但是分布與擬合的方式已經(jīng)足夠滿足準(zhǔn)確判斷激光點(diǎn)平面精度的要求，如表一所示。根據(jù)表一數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，該激光點(diǎn)平面精準(zhǔn)程度與設(shè)備標(biāo)稱平面精度的要求相吻合。

另一方面，高程精準(zhǔn)度。在檢驗(yàn)激光點(diǎn)云高程精準(zhǔn)度的過程中，一般會(huì)選擇使用經(jīng)過分類以后的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并構(gòu)建地面模型，和實(shí)際測量高程點(diǎn)展開對比與誤差統(tǒng)計(jì)。在統(tǒng)計(jì)誤差的過程中，可以將激光點(diǎn)細(xì)化成硬質(zhì)裸露地面高程檢查點(diǎn)與普通山地高程檢查點(diǎn)兩種。其中，硬質(zhì)裸露地面高程檢查點(diǎn)的數(shù)量是220個(gè)，且在檢測區(qū)域的四個(gè)不同區(qū)域內(nèi)分布。其中，所有的檢查點(diǎn)都被分布在平緩地面位置。而山地高程檢查點(diǎn)的數(shù)量是979個(gè)，一般都在農(nóng)作物、植被與河谷兩側(cè)山坡位置分布，對于檢查點(diǎn)的實(shí)際測量的過程中，要求與激光數(shù)據(jù)處于相同的坐標(biāo)系統(tǒng)中。根據(jù)表一數(shù)據(jù)也可以發(fā)現(xiàn)，選擇在硬質(zhì)裸露地形區(qū)的高程精準(zhǔn)度要明顯優(yōu)于普通山地地形區(qū)域的高程精準(zhǔn)度。

3.結(jié)束語

綜上所述，在文中，將水利水電工程作為研究對象，將機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)應(yīng)用于其中，并切實(shí)感知了該測量技術(shù)的優(yōu)勢，能夠?qū)χ脖挥绊懙乇頂?shù)據(jù)采集的問題進(jìn)行有效地解決，使得數(shù)據(jù)采集的難度明顯減輕，也減少了成本的投入，實(shí)現(xiàn)了信息采集質(zhì)量與效率的全面提升。雖然實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并不豐富，仍存在一定的問題，但其最特殊的應(yīng)用價(jià)值就是已經(jīng)付諸于實(shí)踐，且驗(yàn)證結(jié)果理想。為此，機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)的應(yīng)用，為高精準(zhǔn)測繪數(shù)據(jù)的采集提供了有價(jià)值的參考依據(jù)，尤其是應(yīng)用在水利水電工程項(xiàng)目的建設(shè)中，值得全面推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐曉臣，謝津平.機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)在烏龍山抽水蓄能電站工程測量中的應(yīng)用[J].水利水電技術(shù)，2017（10）：136-141.

[2]劉昌軍，孫濤，張琦建，等.無人機(jī)激光雷達(dá)技術(shù)在山洪災(zāi)害調(diào)查評價(jià)中的應(yīng)用[J].中國水利，2015（21）：49-51，62.

[3]董張博.激光雷達(dá)測繪技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)， 2017（36）：250.

[4]趙景彩.淺談激光雷達(dá)測繪技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2016（7）： 264-264.