LiDAR点云数据在河道三维地形数据获取中的应用.pdf

测绘技术装备 第 15卷 2013年第4期 技术交流 55 LiDAR点云数据在河道三维地形数据获取中的应用 高永红 ’ 韩少红 (1．黄河勘测规划设计有限公司 河南郑州 450003；2．西安测绘信息技术总站 陕西西安 710054) 摘 要：基于LiDAR点云数据在河道地形图更新测绘中的实际应用，介绍了LiDAR系统组成及工作原理，结 合作业实例，针对点云数据处理流程，详细地阐述了作业过程中需要注意的关键问题，采取的技术措施等。 关键词：LiDAR系统 工作原理 点云数据 获取处理 1引言 被反射回来 。激光束发射的频率可以从每秒几个脉 黄河治理、开发、保护的各项工作需要现势性 冲到每秒几万个脉冲，每秒一万次脉冲的系统来， 强、精度可靠的地理信息支持 。目前地理信息获取 接收器将会在一分钟 内记录六十万个点，数 目相当 的主要方式为数字摄影测量、遥感、GPS测量、电子 可观。很多机载激光雷达系统还能记录同一脉冲的 平板采集等。由于黄河流域幅员辽阔，地貌类型复 多次反射，激光束可能先打在树冠的顶端，其中的 杂，常规的地理信息获取方式往往周期长、劳动强 一 部分继续向下打在更多的树叶或枝干上，有些甚 度大、作业效率低 ，不能满足治黄工作对地理信息 至打在地面上被返回，这样就会有一组多次返回的 的快速需求 。如何快速获取高精度 的地理信息，成 具有 X、Y、Z坐标的点记录，并分层表示 。通过对 为摆在测绘人员面前的一道难题。随着对地观测技 上述记录数据分类和滤波处理，便可获取地面高程、 术的快速发展，利用新型机载激光雷达 (LiDAR)系 树木及地面建筑物的等高度信息。 统快速获取高精度地理信息已成为可能。此项 目选 在激光雷达系统中，传感器位置信息是由 GPS 择黄河流域局部区域进行试验研究，针对该段 1： 获取，传感器发射信号的方向信息由 INS获取，这 i0000地形 图更新测绘项 目，采用激光 LiDAR点云数 样就能精确地得出每一个点云的大地坐标值，海量 据，进行测区的三维地形数据获取。项 目采用ALS60 的点云聚集成点云团，由此构成点云图像 。通过 GPS 激光雷达扫描，高程精度≤0．14米、地面点间隔≤ 获取的发射装置的三维空间坐标 (xS，YS，ZS)和方 1．5米 。LiDAR测量的绝对精度可在 0．1m～0．5m之 位角 ((p，63，K)，用三角测量的相关方法便能计算得 间，对于大范围、作业困难地区、植被下层的地面 到地面 目标的空间三维坐标 (xo，Yo，zo)。 或非地面数据 ，能快速获取，这是 LiDAR测量的优 3作业实例 势体现，是在同成本及时间下其他方法所不能获得 本文结合黄河流域局部区域进行 LiDAR点云数 的。因此 LiDAR技术提供了一种方便、快速、高效 据处理流程试验研究，以作者在 内业生产一线的亲 的空间数据获取方法。 身体验与经历，详细地阐述 了 LiDAR点云数据处理 2L；DAR系统组成及工作原理 具体环节，各作业过程 中采用的关键技术、措施、 机载激光雷达 (LiDAR)系统是一种新型的综合 注意事项及作业工具软件等，供相关同行学习借鉴。 应用激光测距仪、IMU、GPS的快速测量系统，可直 3．1点云分类 接联测地面物体各个点的三维坐标 。系统组成包括 ： 点云分类采用的是芬兰 TerraSolid公司的一 ①激光测距仪：测量传感器到地面点距离；②高精 套 专 门处 理 激 光 点数 据 的软 件 TerraScan， 度惯性测量系统 (IMU)：测量扫描装置主光轴的空 TerraScan 完 全 集 成 于 MicroStation 中 ， 间姿态参数；③基于差分技术 的全球定位系统 MicroStation平台提供许多实用工具，如视 图操 (DGPS)：确定扫描投影中心的空间位置；④高分辨 作、显示、放置矢量元素和标记工具都可 以在 率数码相机：获取对应地面的彩色数码影像。 TerraScan里使用 。机载 LiDAR