机载激光雷达测量技术及应用

GXF360 2019-09-18

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1 概述

机载激光雷达测量技术的出现和发展，为地理空间三维信息的获取提供了全新的技术手段，这项技术的出现是继全球定位系统(GPS)以来在遥感测绘领域的又一场技术革命。

机载激光雷达系统(LIDAR_Light Detection And Ranging)是集激光扫描仪、POS定位定姿系统、高分辨率数码相机、嵌入式计算机于一体的新型主动式快速测量系统，能够快速、精确地获取地表三维空间信息和真彩色影像。这些数据可广泛应用于公路、铁路、电力、石油、国土、应急测绘、林业、文物保护等多个领域。

2 工程应用

2.1 任务情况

通过机载激光雷达航飞，对西南地区某高速进行轻小型机载激光雷达(lidar)数据航飞与数据处理，得到1∶500的激光分类点云、正射影像模型(DOM)、数字高程模型(DEM)、1∶2000数字线划图(DLG)技术服务工作。

2.2 作业内容

激光雷达扫描测绘项目测区约160km2，成图面积约为170km2。经数据处理得到：

(1)点云

提供工程坐标系下分类后的分幅点云，点云格式为LAS格式。点云分类后成果需包含地面、桥梁、其他三个类别，类别编码在TerraSolid软件里分别为2、6、1。激光点云分类时不要去除相邻航带重叠区。

(2)DLG

DLG文件使用DWG格式未加密文件，DWG文件版本采用CAD2004，图层符号编码依据GBT 20257.1-2017国家基本比例尺地图图式执行，图形统一采用米为单位。DLG中涉及到的非标准字库和形文件随地形图一并提供。地形图所采用的工程坐标系统定义、成图时间等信息统一图外注记。所使用的控制点展点在地形图上，地形图上加注地名注记。DLG以线路轴线方向直线长度每隔5km左右进行分幅。

(3)DOM

DOM采用24位真彩色TIFF格式带TFW坐标文件，TIFF文件均不写文件头。DOM的地面分辨率为10cm，背景色(范围线之外的部分和范围线内个别没数据的部分)统一使用黑色，图幅分幅采用1km×1km分幅，按左下角坐标命名，并随DOM一并提供分幅结合图，相邻图幅之间的重叠区域为20m。DOM直接在工程坐标系下纠正镶嵌分幅，避免二次重采样。

监理系统有别于施工单位，属于公路工程施工中的第三方监管单位，在监理系统的运作过程中，会对各类能够引发安全事故的因素进行调查和记录，当发现存在重大事故隐患时，会与施工单位进行交流，指出施工过程中存在的问题。为了能够全面避免安全事故的发生，监理系统需要在现有基础上扩大监理范围，例如对公路设计过程、公路验收过程进行监理，同时对施工现场的规划方式也进行研究与分析，当发现能够引发安全事故的因素时，要及时与相关单位进行交流，保证整个公路工程的施工安全性，以降低安全事故的发生几率。

(4)DEM

DEM采用32位浮点型TIFF格式带TFW坐标文件，TIFF文件均不写文件头。DEM格网间距0.5m，DEM分幅采用与DOM一致的分幅，相邻图幅之间的重叠区域为20m。

2.3 技术标准

本项目执行的技术标准如表1所示：

表1 技术标准

序号编号名称1JTG C10-2007《公路勘测规范》2JTG/T C10-2007《公路勘测细则》3CH/T8024-2011《机载激光雷达数据获取规范》4CH/T8023-2011《机载激光雷达数据处理规范》5GB/T20257.1-2007《1∶500、1∶1000、1∶2000地形图图式》6GB7931-2008《1∶500、1∶1000、1∶2000地形图航空摄影测量外业规范》7GB7930-2008《1∶500、1∶1000、1∶2000地形图航空摄影测量内业规范》8GB18316-2008《数字测绘成果质量检查与验收》9GB/T 24356-2009《测绘成果质量检查与验收》

2.4 机载激光雷达系统

本项目采用小型机载激光雷达系统，具体技术指标如表2所示：

表2 SE-J1200A型激光雷达主要技术参数

仪器型号SE-J1200A视场角60°数据获取方式多次回波激光波长1550nm扫描频率50～300kHz眼睛安全度人眼安全垂直精度优于14cm @700m航高影像水平精度优于52cm @600m航高扫描方式线扫描操作航高400～1800m焦距40mm有效操作距离1550m相机视场角43°像素8000万像素像素尺寸5.2μm像幅大小10328×7760相机校准已检校

2.5 点云数据生产方案

2.5.1 点云数据计算

(1)解算飞行航迹

通过地面基准站的GPS数据与机载GPS数据的差分GPS解算，精确确定航摄过程中飞机的航迹，再与IMU数据进行耦合处理，得到飞机的姿态信息，最后进行平滑处理，得到飞机在飞行过程中的位置和姿态信息。

(2)三维激光点云的计算

利用数据预处理软件，对飞机航迹数据、激光测距数据及POS数据进行联合处理，得到各个测点的(X,Y,Z)坐标数据，即三维激光点云数据，文件格式为*.las。

(3)计算改正数

由于各种误差的存在和影响，使得数据存在系统误差和随机误差，造成平面误差和高程误差，使用terrasolid中点云处理模块分出每条航迹的地面激光点，再用terrasolid中的点云匹配模块匹配地面激光点云，通过重叠部分的激光点云计算得到航迹间的改正数来消除这种不符值。

(4)数据的噪声和异常值剔除

由于水体对激光的吸收、镜面反射以及其他原因，使有些地面点无明显的回波信号，以至于得不到测距值，另外由于电路、飞鸟、局部地形等原因，也会使数据中产生异常距离值，我们必须剔除这些错误的值，即粗差点。

2.5.2 点云数据质量检查

（2）如果接收到相邻节点发来的认证，将会对认证请求进行分析，将检查数据的完整性、语法的规范性、数字签名是否正确等方面来校验交易数据是否有效；

点云数据质量检查主要检查点云密度、点云高程精度、点云平面精度及航带间公共点较差。

作业成本法下，可以做到实时追踪资源的耗费情况。对物流企业的成本动因进行分析，不仅实现成本控制，而且可以具体到各项作业活动、具体到资源，有利于全面了解作业中心，有针对性的改进各项资作业和资源，最终体现在提高服务质量，更好的满足消费者需求。

一是与高校合作。2017年，医院先后与西南大学合作创建医院经济研究所，与重庆工商大学共同创建健康经济协同创新研究所，探索医院经济运行基本规律，构建医院资源匹配宏观和微观框架，促进医院经济实践与理论融合，以期为健康中国战略提供决策咨询。

点密度采用TerraSolid软件的TerraScan模块进行检查，搜索范围设定500m；点云高程精度及平面精度采用外业采集的地物特征点应用TerraScan软件进行统计分析，计算最大误差、最小误差及中误差；航带间公共点较差结合TerraScan和TerraMatch软件选择同一明显地物，如尖角房屋，不同航线获取的点云数据用不同颜色显示，通过俯视图及侧面截图测量确定航带公共点的平面误差及高程误差。

2.6 DEM数据生产方案

2.6.1 DEM数据要求

DEM采样间隔：0.5m；

DEM数据格式：*.tiff；

Characters of Biosurfactant Produced by Marine Oil-Degrading Bacterium Halomonas sp.DH1

成图范围：按测区范围；

DEM精度要求和检查：高程中误差不大于±0.75m。

2.6.2 DEM数据生产

经过预处理得到的激光点云地面数据及激光点云地表数据都在同一层，需要通过激光点云分类软件对激光点云数据进行精确分类，通过插值拟合，生成高精度DEM，并且要进行严格的质量检查，确保最终数据成果DEM的质量，DEM数据生产作业流程如图1所示。

图1 DEM数据生产流程

(1)激光点云分类

经过预处理的激光地面数据及激光地表数据都在同一层，为方便我们管理和数据进一步的处理，需要把不同类的点云进行滤波处理放在不同图层中，根据委托方对数据的用途，需要用专业软件对激光点云进行精确分类处理，分别为默认点、地面点、植被点和建筑点等。精确分类的激光点云数据质量，对于后期数据成果精度至关重要，需要对分类的激光点云数据进行自检、互检以及质检部的最终检查才能进行后续的数据处理工作。

(2)DEM的自动生成

用Terrasolid软件对激光点云数据进行分类处理后，选择地面激光点，保证其全部高程点贴近地表面，则自动生成数字高程模型。

(3)精度检查与评价

通过外业采集的检查点高程值与内插出的DEM高程值作比较，评价DEM精度。

2.6.3 DEM质量检查

(1) DEM质量检查内容

DEM数据格式；

3.语法翻译法：此法多用于词的分类、句子成分、句子结构的讲解。把母语中语法规则合理地正迁移到语言的学习中来。汉语与英语在词类、句子成分、句子结构中有大量的相似之处，我们完全可以把汉语句法和词法方面的东西正迁移到英语的学习中来。针对英语表达的特点，在教学中做适度的中英文对照，使学生注意到英语汉语之间的差异。这样更能使学生自觉地、有意识地避免母语的干扰，对英语表达的结构形式形成更加清晰的思路。教师可以适当地让学生翻译句子甚至短文，这样天天不断地练下去，他们的写作能力也会相应的得到提高。

DEM高程有无异常值；

DEM精度；

DEM的坐标系统、投影方法及高程基准；

本刊讯12月12～13日，由邯郸市饲料工业办公室主办、河北省蛋鸡肉鸡产业创新团队产业经济岗位协办的2018年度邯郸市饲料安全生产暨产业扶贫会议在邯郸市大名县召开。邯郸市农牧局梁斌副局长，市饲料工业办公室张彦昌主任、栗勇书记，邯郸市饲料协会赵光彦会长，河北省蛋鸡肉鸡产业创新团队产业经济岗位团队成员杨俊琦教授、姜华教授，邯郸市各县主管饲料的副局长、饲料办领导及邯郸市辖属饲料企业代表共90余人参加了此次会议。

上交的成果及文档。

(2)DEM质量检查方法

(4) 微电网对电网的影响与分布式电源对电网的影响大致相同,但因建设、运营成本、运营环境等因素,现阶段的微电网还不具商业运营价值,对电网的影响可忽略不计。

结合激光点云数据，分类激光点云数据与制作生成的DEM数据进行对比检查；

结合外业检查点数据与DEM数据成果进行对比检查。

预应力锚杆支护是我国煤矿巷道目前最为经济、有效的主动支护方式[1]，锚固剂-围岩界面作为锚固系统相对薄弱、容易滑移脱黏部位[2]，在锚固段承受张拉载荷条件下，当界面剪应力值超过界面抗剪强度而发生滑移脱黏失效时，造成锚固支护效果降低甚至诱发安全事故发生。为此，研究并掌握围岩-锚固剂界面剪应力分布规律，对采取有效的工程防范措施，保证煤矿安全生产具有重要意义。

2.7 DOM数据生产方案

2.7.1 DOM数据标准

DOM影像分辨率：0.1m；

DOM数据格式：带tfw文件的tiff 格式；

DOM成图范围：按测区范围。

2.7.2 DOM数据生产

DOM数据生成是在Microstation软件中加载Terraphoto和Terrascan模块，对激光雷达系统同时获取的真彩色数码影像在空三加密后利用激光点云生成的地面模型进行正射纠正，再通过该软件对影像进行拼接和整体匀色，最后进行裁切分副，得到要求图幅大小的正射影像成果，DOM数据生产作业流程如图2所示：

资源总量有限、环境容量有限，而自然资源、环境容量和生态产品都是有价的，通过市场主体去维护良好的生态环境状态，有利于调动很多社会团体参与保护和利用。参照资源价格，科学合理地确定计量其价值或价格的方法，做到“使用资源有偿、损害生态赔偿、作出贡献补偿”。建议开展京津冀生态产品市场机制试点工作。

图2 DOM数据生产流程

(1)正射纠正和变形检查

TerraPhoto是TerraSolid公司利用地面激光点云作为映射面对航空影像进行正射纠正，生产正射影像的软件，是专门用于在LiDAR系统飞行时产生的影像做正射纠正的，整个纠正过程可以不使用相片加密控制点条件下执行。

利用TerraPhoto影像纠正模块，输入相关参数，地面分辨率为0.10m，对影像进行连接点添加、空三平差计算以及单片数字微分纠正。

对纠正后的影像进行质量检查，检查影像是否失真、变形、发虚、拉花等现象，尤其是房屋、桥梁和道路的扭曲变形等。针对不同的现象，采用不同的方法进行修整处理，如桥梁影像的变形，采取编辑DEM、分别纠正地面影像和桥梁，然后再拼接的方法解决，既可消除影像变形又保证了影像的几何精度。

(2)影像镶嵌及匀光匀色

原始照片获取格式为IIQ无损格式，使用Capture One软件将格式转换到JPG，在格式转换过程中，可同时进行单张照片的匀光匀色处理。

通过单张影像的数字微分纠正，得到单幅纠正的正射影像，还需要将多个单片纠正影像通过镶嵌获取大面积的数字正射影像；同时由于每张影像的获取时间不同，存在色调、饱和度、对比度等不一致的情况，需通过匀光匀色处理，使得整个测区的正射影像色调基本一致、色彩丰富。

正射影像的镶嵌、分幅采用EPT2.0软件。在该处理过程中需注意在镶嵌过程中进行拼接线的编辑，使得拼接线不穿越建筑物，拼接线尽量沿线状地物分布，从而避免成果数据中地物的错位、断裂等现象。

根据美的2017年年报披露的信息，美的对存货均采用先进先出法进行计价。每种计价方法都会对企业成本的核算产生影响，根据不同计价方法的特点，结合企业自身情况和市场情况来选择。在物价上涨时期采用先进先出法核算存货成本，会使利润虚增，导致企业应纳税所得额增加，在这个时期采用移动加权平均法或月末一次加权平均法可以避免成本过低的现象，计算出来的利润和税额也不会有很大波动。但是，在物价下降时，应该考虑采用先进先出法，先购进的存货成本较高，计算出的当期发出存货成本也越高，可以减少当期利润和应纳税所得额，减轻企业税负。美的应该结合市场环境综合分析，选择最优的计价方式。

2.7.3 DOM质量检查

(1)DOM质量检查内容

DOM地面分辨率及起止点坐标；

DOM影像质量；

DOM接边的正确性；

DOM的平面位置精度；

当然了，在其他地方，我都弹到过让我印象深刻的汉堡施坦威，但总的来说，纽约琴的声音特质更符合我的审美，更多场合，我倾向使用纽约施坦威演奏。

DOM的坐标系统及投影；

上交的成果及文档。

本来是一家的女儿，翠姨她们两姊妹却像有钱的人家的小姐，而那个堂妹妹，看上去却像乡下丫头。这一点使她得到常常到我们家里来住的权利。

(2)DOM质量检查方法

把测区所有正射影像导入到EPT2软件中，查看整个测区的影像，有无明显的影像变形、影像信息缺失和影像错位,影像图应清晰、反差适中、色调均匀；影像不应有重影、模糊或纹理断裂等现象，影像应连续完整，灰度无明显不同；对于彩色影像，色彩应平衡一致；覆盖范围内的影像应无漏洞，导入外业RTK测量的特征点坐标，软件自动根据拾取位置和测量点位坐标对比，检查影像的平面精度并生成精度报告。

2.8 DLG数据生产方案

DLG数据生成是在AutoCAD软件中加载cass模块，在DOM数据成果基础上，对地物进行的矢量化处理，对于植被遮挡地区、坡坎地区需结合点云数据进行判读，DLG数据生产作业流程如图3所示：

图3 DLG数据生产流程

利用南方CASS对制作出的正射影像结合DEM进行矢量化处理，得到测区内的地物信息，水系、道路、电力设施等公共设施，以及居民地、测区地势、等高线等信息，按照生产规范制作数字线划图。

(1)DLG质量检查内容

DOM地面分辨率及起止点坐标；

DLG 地物要素完整性；

DLG地物逻辑正确性；

表3 数据成果交付表

序号名称备注1成果交付清单及结合图表2分类后的LAS格式激光点云分类:地面点、桥梁、其他。3DWG格式的DLG线划图1∶2000精度4TIFF格式DOM分辨率0.1m,平面中误差满足激光雷达航测1∶500精度,包含tfw5TIFF格式DEM激光雷达航测1∶500精度,包含tfw6技术设计书计划实施7技术总结实际实施8检查验收报告精度评估、质检验收总结报告9激光设备和相机检定资料PDF格式10原始数据原始影像、激光原始数据、POS、基站GPS数据;偏心分量、基站已知点成果、检查点或参考面成果、调绘成果11过程文件解算好的轨迹、影像曝光列表、影像外方为元素;航带平差完成并转换为工程系坐标系的激光点云12其他相关图表航摄鉴定表、航线相片结合图、测区完成情况图、相片中心点结合图13其他相关中间成果

DLG的平面、高程位置精度；

DLG的坐标系统及投影；

上交的成果及文档。

(2) DLG质量检查方法

把测区所有正射影像导入到南方CASS中，对比DLG与DOM，有无明显的地物信息缺失，水系流向错误，电力线缺失，房屋结构不合理，等高线高程点是否合理。