航空雷达测量在DTM中的应用

2019-09-02 版权声明 举报文章

航空雷达测量在DTM中的应用

摘要:本文主要从测量原理、方法,内业处理成果,特点上介绍了一种航空测量方法,机载LASER技术,它以数据对象为点,改变了传统航空摄影测量上获取相片数据的方法,可以快速、高精度、大面积地用于地形地貌测量,成为目前获取基础地理信息数据的一种新技术。

关键词:机载LASER; 航空摄影测量; 内业数据处理; 地物分类方法

Abstract: this article mainly from the measuring principle, method, process results in the industry, the characteristics on an aerial survey method is introduced, the airborne LASER technology, its data object as point, changed the traditional aerial survey to get photos on the method of data, can quickly, high precision, large area ground used in topography measurement, become the basic geographic information data of a new technology.

Key words: airborne LASER; Aerial photogrammetry; Data processing in the industry; Object classification method

中图分类号:{P225.7}文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)

一、引言

传统的航空摄影测量方法,在某些特殊地物区域,很难取得清晰表现地形地貌特征及地物的像片数据,给内业处理带来不便,大大降低了航摄测量的精度。例如树木覆盖率较大的地区,利用像片数据难以显现地形的真实形状。对水陆边界的处理很难将水域和地面边界分开、以及电力线、桥梁的精确探测等。

机载LASER技术改变了以往摄影测量只获取图像的做法,通过激光扫描方式,利用地面点反射,获取大量具有高程和平面坐标的地物点的信息。对于测量区域的地面物体及其地表特征点数据,其绝对几何精度可以达到10-20cm以上。运用机载LASER数据可以很方便地进行1∶1000~1∶2000地形图的建立和更新,成为不同于传统航空摄影测量,能高精度、大面积进行地形测量的一种新的选择。

二、航空LASER测量

LASER即Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,其发射的波束具有单色、可干涉、衍射单一、高指向、高收束、波长可变等特性,运用于地面扫描,可以精确地获得不同高程、距离的点的反射信息。

机载LASER测量是通过航空机搭载测量装置、机载LASER测距装置、具有3轴加速度计的IMU(Inertial Measurement Unit)计测装置和数码相机,直接对地面进行地形的测量。它所用到的技术主要可分为三部分:一是利用机载LASER测距装置从空中向地面发射激光波束,并接收地面物体的受激反射波,以获取地面物体高密度点的信息。二是利用GPS卫星的定位功能,通过搭载的2台GPS计测装置,随时获取航空机在高速飞行过程中的位置信息。三是根据IMU记录航空机的3轴的姿势(ω、φ、κ)及加速度,它是求取影像外方位元素的惯性量测装置。

利用机载LASER测距装置计算航空机与地面各地物点的距离、通过GPS确定航空机的正确位置、根据IMU计测航空机的3局姿势(ω、φ、κ)及加速度,通过对以上4个数据的解析,可以求取所需的地面3维信息(X、Y、Z)。具体的测量方法如图1所示。

相对于航空摄影测量,机载LASER测量方法具有以下特点和优势:

数据获取精度不受所测地形的影响,几乎不受或极少受测量区域表面地物种类的限制,沙滩、沥青、冻土地带等数据都可以以同样精度获得,而对于传统立体相片这是无法实现的。

机载LASER测量的效率比普通航空摄影测量要高的多,以天计算,每天可以取得500-600千米的线性量测成果。

利用机载LASER测量,不需要大地控制测量来提供航空摄影测量的水平和垂直控制数据。

通过对所取得的数据进行处理,可以利用软件生成物体的向量模型,有利于对LASER数据进行有效分析,对制作地形图、和其他专题图件都具有重要意义。

在LASER激光器可以捕捉的范围之内,物体的所有地点都可以被直接获得,并且,可以根据物体表面点的反射情况生成物体的三维图像。

与传统的航空摄影测量相比,机载LASER测量不易受季节变化引起的地物颜色变化的影响。而且,在通常情况下,LASER测量根据不同地物的不同反射能力不同,可以直接测得被其它地物遮盖下的地面物体。

整个测量过程步骤少,流程短,为传统航空摄影测量所难以达到。

三、应用实例

鉴于机载LASER测量所获数据的类型,以获取的某地LASER测量数据为例,介绍其在地形测量和DTM作成中的应用。处理软件应用Terra系列。

从野外获得的应用于内业处理的LASER数据,主要包括反映点的位置信息的文本文件,所测地区的调绘图片,飞机的轨线文件。

首先,对数据的处理,首先需要删除多余的和错误的点。主要根据高程和点的疏密程度判断,剔除与其他点脱离的单个点或点群。

然后,通过对数据点形状的判读,结合外业获取的其他信息,对点按地物种类进行分类,并提取地物的边界元素,以生成专题地物模型。地物分类的正确率和精细度,是最终生成地面产品精确与否的关键。

处理过程中,可利用点的三维信息生成反映地面高程的彩色光栅图像,以便于判读地面形状。如图3:

Terra软件携带大量便捷、快速、人性化的工具,可实施对数据的各种操作。利用Terra软件,可取得设定深度、宽度的数据点群的横切面及纵切面,用于直观、清晰地查看地物的形状,以方便对地物种类做出正确判断正确。如下图(图4)为某点群2米深度横切面,图中橙色部分为地面,绿色为树木,粉色部分为房屋。

对于地面上只凭形状难以区分的地物种类,如公路和铁路,由于二者的构成材料不同,铁轨对信号的反射强度比沥青要强得多,利用地物的信号反射强度分类方法,便轻易就可将二者分开。

再然后,在地物模型的基础上生成光栅图像,以及依据高程、位置数据自动生成带有三角网、等高线、数字格网的DTM产品。

图5为在原始数据未加任何处理和修正的基础上,仅利用地物信号强度信息生成的地物灰度光栅图像,图中可清晰地看出地物分界、地物种类及空中的线性元素形状。

经检测,在数据点充分处理的前提下,通过软件自动生成的DTM产品,基本可以反映地物地貌形状,在人工干预、处理之后,其精度可达到与传统航摄同等甚至更高的精度。但由于某些地物分类是在地面分类基础之上进行的,导致较高高程位置地物平均精度低于地面精度。

由于LASER点的存储格式占用内存小,上千万的数据点可同时处理。不规则三角网、等高线、数据点均可根据处理结果和三维坐标信息自动生成,并可进行批处理,大大降低了处理过程中使用的时间。由于数据处理过程减少了很多人控操作步骤,减少了人为原因所造成的对数据产品精度的影响。

四、问题与前景

利用机载LASER进行地形测量及其他各项操作,效率高,精度保证,内业处理简单,受外在因素影响较小,可操作面积较大,给现代测绘带来了一种高精度、便捷、省力的方法,在日本、加拿大等发达国家已经得到很大的运用。但就国内来讲,由于目前在我国此类技术还少有使用,硬件、软件技术都有待提高。

随着我国地理测绘事业的逐渐发展和受到重视,国家基础地理信息系统建设、数据库更新、城市建设系统测绘、遗迹保护等一系列地理信息及测绘事业的建设,像机载Laser测量这种快速、大面积、高效率的测绘方法必然会被越来越多的单位所接受,得到更多的应用和发展。

参考文献

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