文珍彬+何泽良
摘 要：机载LiDAR具有全天候、大范围、穿透力强、快速直接获取地表三维坐标的特点，很好地解决了海岸带范围人工难以开展实地测量的难题。本项目利用机载LiDAR结合高精度航空影像制作了江门市银洲湖海岸带1∶2000地形图。
关键词：机载LiDAR 海岸带 激光点云 地形图
中图分类号：P258 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（c）-0105-02
海岸带是海洋与陆地之间的过渡地带，受海洋系统和陆地系统的相互作用，随着海洋开发领域的日益拓展以及海域、海岸资源开发利用强度和密度的进一步加大，对海岸带区域的变化监测已显得尤为重要[1]。海岸带区域由于地形复杂，分布有基岩、滩涂、红树林及沙滩等，许多区域难以进人开展控制点的布设与测量；这种难以施测的问题同时也造成了滩涂海岸地区测量精度低下，采用实地测量方式具有施测周期长、工作量大、费时费力的问题[2]。应用机载LiDAR进行海岸带地形测绘具有大范围、低成本、周期短、精度高、能有效祛除植被的特点[3]。
机载激光雷达（Light Detection And Ranging，LiDAR）集成了激光测系统、全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）与惯性测量系统（Inertial Measurement Unit，IMU）集高分辨率航空数码相机技术于一体的空间测量技术，能够快速、准确地获取地表三维空间信息。它具有较强的植被穿透性、更短的作业周期以及更低的生产成本；将获取的LiDAR激光点云数据经过处理与编辑，最终能得到测区的DSM、DEM、DOM、DLG等地形图产品，基于这些特点，它在城市三维建模、资源勘察、森林调查、地形测绘、灾害监测、海岛海岸带调查等方面的应用具有独特优势。
1 测区范围及实施过程
1.1 测区范围
新会港至银湖湾沿岸，测绘岸线（潮间带）200m范围，测区岸线长约80km，由于该区域岸线主要以人工堤岸为主，岸线位置界定在堤岸坡顶外缘线，向海一侧获取0.5m分辨率DOM、DEM以1∶2000地形图（DLG），成果坐标系统采用WGS-84、CGCS2000，高程系统采用1985国家高程基准。
1.2 实施过程
本次项目采用机载激光雷达（LiDAR）扫描技术，航飞平台为运-5飞机，设备为美国天宝公司的Harrier68i系统。数码相机为Rollei Metric AIC Pro65；惯导系统型号为Applanix POS/AV 系列，采样频率200Hz；激光扫描仪的型号为Riegl LMS-Q680i，最大脉冲频率400kHz，扫描角度45°/60°，相对航高H为1200m，航向重叠度为60%，旁向重叠度为30%，Lidar数据点密度1.72点/m2，测区范围共布设12条航线。
（1）地面参考站布设。本次航飞测量共布设了7个四级GPS点作为地面参考站点。地面静态基站设备使用天宝5700和天宝5800双频GPS接收机，采用地面静态基站模式进行数据采集，采样间隔为1s。
（2）参考面布设。参考面布设是为了纠正激光点的平面和高程数据，平面主要采集公路斑马线或球场角等地面上的明显分界线，高程主要采集比较平整的坚硬地面、球场硬化平整区域等，通过参考面区域的平面和高程对比纠正，求出测区的改正参数，可以纠正测区的激光点平面及高程数据。为保证数据处理的精度，消除系统误差，在测区范围内测量部分高程和平面参考数据，本项目共做了8个参考面。
（3）参考面测量。参考面平面和高程都采用GPS-RTK，平面测量主要采集路边线和有规则的房屋等，每处一般为20个，总点数不少于10个。参考面高程测量选在比较平整的坚硬地面，旁边无障碍物阻挡。采集高程数据点间距为1～2m，总点数不少于20个。
2 LiDAR及原始影像数据预处理
LiDAR数据主要采用TOPPIT软件处理，POS数据采用POSPAC软件处理，影像数据采用INPHO_orthovista软件处理。（1）导航文件制作：利用POS姿态数据与地面GPS基站数据联合处理，获取导航数据文件，处理过程中要查看导航数据的起止时间是否与实际飞行时间匹配，飞行轨迹是否完整，无中断；导航数据精度指标是否满足要求，注意查看卫星质量图。（2）控制文件制作：检查航带是否存在漏飞现象的同时通过覆盖数据范围制作控制文件，检查激光数据和影像数据是否覆盖了整个测区范围，是否有数据漏洞、条带遗失。（3）三维激光点云坐标计算（预处理+航带校正）：将原始激光数据进行预处理生成原始的三维激光点云数据，然后将原始点云数据依据实测的平面和高程控制点进行平面和高程校正，计算出地表目标物的空间三维坐标。
3 LiDAR数据后处理
3.1 激光点云分类
用TerraSolid软件基于不规则三角网原理，通过设定参数阈值进行滤波，滤波出分离地面点和非地面点，阈值大小设置取决于测区的地形以及植被的高低、密度等。将分离出来的非地面点进行细分：根据点的高度、分布的形状、密度、坡度等特征，对非地面点云进行分类。数据处理过程见图1。
3.2 DEM制作
制作DEM主要采用TOPPit软件，DEM是用激光数据的末次回波生成的，是在用末次回波制作的DSM的基础上过滤掉地表高于地面的物体（如树木.房屋等）后生成的起伏的地面模型，主要过程为：（1）格网化，将经过校正的点云数据根据其坐标值按照一定的点间隔插入到规则格网中；（2）填补小缝隙，将影像中存在的小缝隙、小黑洞用其周围点的灰度值填充起来，使其有高程值；（3）去除粗差点，将比地面点或者地物点高很多的粗差点去除；（4）生成浮雕影像，将经过填充和去除粗差点处理的点云数据生成浮雕影像，使点云数据生成三维模型，以便更直观的反映地表的情况；（5）过滤，对经过填充和去除粗差点处理的点云过滤处理，将地表的一些地物（如房屋，植被地物等）滤除掉；（6）手工编辑，用程序自动过滤后，往往有些地物都没有过滤干净，因此需要人工干预处理，将未过滤掉的地物手工擦除；（7）內插，经过过滤后影像上存有很多黑洞，需应用黑洞周围的点高程值内插，使地面平坦、连续；（8）裁剪重叠区，将每幅影像边缘的重叠区裁剪掉，生成DEM模型。
3.3 DOM制作
对LiDAR数据同步获取的航空遥感影像空间分辨率为0.18m，使用LIDAR中生成的DEM结合地面控制点数据对对影像进行正射校正，生成经过校正的单幅正射影像，对正射影像进行匀色，对多幅影像进行拼接，制作适当的影像镶嵌线，根据镶嵌线和匀色后的影像进行分幅处理，最终获取正射影像DOM。
3.4 DLG制作
1∶2000DLG采用“激光点云辅助正射影像进行矢量化法”进行绘制，外业调绘成图，具体成图流程如图2。
先对正射影像和激光点云数据进行匹配，根据分类后的非地面点结合高精度正射影像图绘制明显的地物，包括道路，房屋，水塘等、设施、田埂、陡坎、水沟等要素。利用DEM数据生成等高线，对等高线进行编辑、抽稀、圆滑等处理，保留特征点，然后再对高程标注。
4 结语
机载LiDAR具有大范围、快速获取地面高精度三维坐标，结合航空数码影像能够生产出大比例尺地形图的特点，尤其是在人工不宜作业的区域，优势就更为明显，本次获取的海岸带大比例尺地形图对于江门市海岸地形变化监测、岸线变迁、风暴潮淹没分析、灾害预警和灾害评估等可发挥重要的作用。
参考文献
[1]奚歌，邢喆，曲辉，等.基于机载LiDAR的DEM数据处理及高程基准换算[J].测绘通报，2013（9）：59-61.
[2]别君.基于机载LiDAR数据的滩涂地形形变监测[A].中国海洋学会.2015年学术论文集[C].2015.endprint
