机载激光雷达在1:500地形图测绘中的应用

机载激光雷达在1:500地形图测绘中

的应用

摘要：机载激光雷达是现代工程测绘的重要手段，其能通过无人

机平台搭载激光扫描仪、数码相机等传感设备，准确获取地物信息资料，为工程项目建设提供数据支撑。本文在阐述机载激光雷达测绘原

理的基础上，就其在1:500地形图测绘中的应用要点展开分析，期望

能进一步提升机载激光雷达应用效益，保证地形图测绘效率和精准性，促进测绘工程的持续、稳步发展。

关键词：测绘工程；机载激光雷达；地形图；测绘工程

测绘工作能为工程项目建设提供全面的地形地貌信息资料，有助

于项目设计、施工工作的开展。现代工程建设模式下，人们对于地形

图测绘的效率和精度提出较高的要求，促使工程测绘技术手段获得全

面创新。在1:500地形图测绘中，机载激光雷达应用广泛，其能在克

服植被等地表物遮挡的基础上，较为有效准确的获知真实的地形地貌

信息，为工程项目建设奠定良好基础。

一、机载激光雷达技术原理

作为一种现代化的工程测绘技术，激光雷达技术在激光测距、惯

性导航测量的基础上，融合使用了差分定位、计算机等多种技术，实

现了工程测量的数字化发展。结合激光雷达搭载载体的差异，将激光

雷达分为星载、机载和地基激光雷达三种形态。

机载激光雷达主要是依托无人机搭载激光雷达设备进行地物目标

信息获取和测量的。在实际测量中，无人机搭载平台上包含了的激光

扫描仪、数码相机等雷达探测设备和激光测距设备；在地物信息获取

阶段，无人机上的激光测距系统会依据技术设计向探测目标发射高频

激光脉冲，这样能直接获取地物表面的特征点信息；随后通过GPS接

收机接收这些信息，借助计算机完成数据处理，可生成高密度的三维

空间坐标点云。对激光点云数据进行分析，可知道每个点均有（X，Y，Z）三维坐标，这些坐标的精度较高，从不同的视角实现点云的三维

显示。通过测量和计算这些点云数据，能实现测量目标表面积、体积

等信息的准确量测。对比传统工程测量手段，即在激光雷达技术因多

次回波可有效的削弱目标物附近的障碍物的干扰，整体测量效率较快，测量精度较高[1]。

二、机载激光雷达应用与发展

通过对飞机雷达系统的分析和认识，发现我国雷达系统较短，基

础技术需要进一步发展和优化，开发和应用前景广阔。核心技术的缺

乏导致拥有产权的核心设备和部件的缺乏。从国外引进是进一步发展

和完善载体激光导线硬件系统所必需的。对于一些具有一定激光强度

的设备和测距，需要从国外进口，以弥补我国技术的不足。随着技术

的发展，有关科学家应考虑到国家生产技术的必要组成部分，加强对

航空器雷达系统软件系统的研究，并不断改进其系统中的数据处理。

制定了一系列指导方针，鼓励技术人员改进激光雷达设备处理关键技

术的优化，利用机器人技术在复杂地形图中工作，不断提高实测图像

的质量。我们各国已经具备生产激光设施以及在各种活动领域应用和

推广技术的能力。技术员应不断促进相关产品的成熟和商业化，以便

利用飞机上雷达系统的优势，为我国的工作提供更好的服务。

三、1:500地形图测绘中机载激光雷达的应用要点

1、基站布设

1:500地形图测绘中，规范化的布设基站，能为无人机载激光雷

达技术的应用提供良好基础。一方面，测绘工作人员需要在地面布设GPS基站，在考虑工程测量目标、规范的基础上，结合测量精度要求，设置高精度信号接收机和机载POS系统，以此来开展动态DGPS相位

差分测量，确保测量定位的准确性。另一方面，在1:500地形图实际

测量中，基于基站开展测绘工作，要求严格测试工作半径，通常确保

其测绘半径保持在15~50km之间，同时在相邻基站设置中，应保证其

间隔控制在30km以内，从源头上保证测量数据可靠性。

2、航测参数选择

通过机载激光雷达技术开展地形图测绘时，还应注重航测参数的

系统设置；通常航测参数不仅包含激光点密度、发射频率、分辨率，

而且涉及高度、激光重合度。在航测参数设计阶段，激光点间距的参

数选择会对地面点插值精度造成直接影响，对此在激光点间距参数控

制中，要求通过平均点间距或单位平方米内点的数量来显示激光点的

间隔。同时在测量过程中，应重视航向与旁向间隔的控制。

3、辅助地面控制测量

为保证1:500地形图测绘的准确程度，通过机载激光雷达技术实

施测量的同时，还应结合地面基站实施辅助测量。实际测量中，需对

地面控制测量的影响因素进行深层次分析，具体考量的指标包括基站

精度、坐标转换，大地水准面拟合精度等要素。在辅助地面控制测量

技术中，要求对机载激光雷达技术的应用细节进行全面考虑。

4、点云数据成图

正确分类点云后，可以使用已分类的曲面点数据高效地建模模型

并手动进行干预。对于模型中某些无效的三角剖分问题，可以手动将

未有效分隔的曲面点拆分为地面点，并最终推动三角剖分的合理发展。对于某些区域的高度变化较大，可以通过调整相应的算法和软件类特

定参数来自动重新实现较小的区域分类。正确分类点后，对地面点建

模并有效解决地面点模型中的轮廓关键点。您可以使用相应的软件设

备加速等高线的生成，并相应地设置垂直距离、最小面积、平滑度等

的基本参数，以创建相应的比例尺来执行项目。此外，将根据高程点

的特定要求导出点云数据的三维坐标区域，从而创建点数据文件。最后，将所有与高程点和等高线相关的数据文件导入CASS软件设备以

进行有效编辑。

5、数据处理及融合建模

借助机载激光雷达设备完成外业测量后，还需要进行数据的内业

处理，为后期融合建模工作开展奠定良好基础。在数据处理阶段，应

严格按照POS数据处理、检校数据应用、航迹带改正、点云数据解算

和精度检查的流程进行操作，通过这五个步骤，系统分析GNSS数据、IMU数据、飞行记录，并对基站控制点和测距等数据进行校正，在计

算机数据处理系统的支撑下，将所有的数据转化为DOM/DEM数据，为

后期应用提供有效保证。要注意的是，其一，在POS数据处理阶段，

应将具有较大偏差的卫星数据剔除，然后完成GNSS数据与机载GNSS

数据的差分处理，与IMU数据进行联合，形成最终的POS数据。其二，在数据检校阶段，应结合偏心角、偏心分量等信息，完成数据误差校正，在这些数据校正的过程中，应利用变系数加权平均法完成航带间