楊留方，沈名威，宗慶

(常州市測(cè)繪院，江蘇常州 213003)

1 引言

機(jī)場(chǎng)凈空保護(hù)區(qū)障礙物調(diào)查是機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建項(xiàng)目的重要組成部分。由于調(diào)查范圍廣、工期時(shí)間緊，外業(yè)巡查需投入大量的人力、物力和財(cái)力，而且傳統(tǒng)的外業(yè)巡查方式容易遺漏超高建筑物，使得調(diào)查工作功虧一簣。因此，筆者嘗試?yán)肔iDAR技術(shù)解決上述問(wèn)題，最終使得調(diào)查工作如期高質(zhì)量地完成。

機(jī)載激光雷達(dá)，即LiDAR技術(shù)，在國(guó)外經(jīng)歷了幾十年的研究和應(yīng)用，在我國(guó)其技術(shù)也日趨成熟。機(jī)載LiDAR技術(shù)廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)測(cè)繪、道路工程、電力電網(wǎng)、水利、石油管線、海岸線及海島礁、數(shù)字城市等領(lǐng)域，提供了高精度、大比例尺(1∶500至1∶10 000)的空間數(shù)據(jù)。本文通過(guò)機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)與航測(cè)遙感影像、DEM相結(jié)合的方法對(duì)調(diào)查建筑物進(jìn)行前期的篩選，提高了障礙物普查的工作效率，同時(shí)也大大降低了外業(yè)工作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2 作業(yè)范圍

依據(jù)設(shè)計(jì)方提供的設(shè)計(jì)圖，此次需要調(diào)查的范圍是以機(jī)場(chǎng)中心為圓心，半徑為 50 km，面積為7 854 km2。該區(qū)域涉及常州、泰州、丹陽(yáng)、金壇等多個(gè)縣市。

圖1 機(jī)場(chǎng)凈空障礙物限制示意圖

3 技術(shù)方案及作業(yè)流程

3.1 技術(shù)方案

激光雷達(dá)數(shù)據(jù)雖然對(duì)描述地物三維空間結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)明顯，但對(duì)于精確描述地物邊界還存在誤差。尤其是不規(guī)則房屋邊緣存在高度相似植被的情況下，容易造成錯(cuò)分和誤判，需要借助高分辨率的影像進(jìn)行輔助判讀。所以我們?cè)噲D將LiDAR數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)加以融合，精確確定地物的邊界和高程。

①利用目前國(guó)內(nèi)最新的LiDAR技術(shù)獲得的Li-DAR數(shù)據(jù)，建立數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)。

②根據(jù)機(jī)場(chǎng)凈空保護(hù)區(qū)要求制作參考面(圖8)。

③對(duì)比兩個(gè)模型后篩選出超高建筑物。

④結(jié)合影像判讀后再進(jìn)行外業(yè)有重點(diǎn)的核查和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。

3.2 作業(yè)流程

(1)收集相關(guān)的基礎(chǔ)資料，主要是影像數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)。

地形圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù):包括 1∶500，1∶1 000，1∶5 000等地形圖，在地形圖上，可提取豐富的相關(guān)信息，如地面高程點(diǎn)，高壓鐵塔、水塔、煙囪等位置信息，以及建筑的樓層等信息。

圖2 地形圖資料

航測(cè)遙感資料:采用最新航拍圖(1∶2 000)以及2011年最新遙感影像圖(1∶25 000)作為野外巡視的底圖資料(常州市測(cè)繪院沒(méi)有周邊縣市的最新航拍圖，所以需用到最新遙感影像圖作為補(bǔ)充)。由于內(nèi)容新，范圍全，作為外業(yè)踏勘考察底圖，極大地提高了工作效率。在野外主要是沿著國(guó)道、省道、城市道路、鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路、村莊外圍的大車路進(jìn)行詳細(xì)的巡視。

圖3 Allos遙感影像

圖4 航攝影像

(2)內(nèi)業(yè)首先在甲方的設(shè)計(jì)圖紙上，按照相應(yīng)的要求在DEM數(shù)據(jù)上進(jìn)行統(tǒng)一的篩選，選出需要到野外進(jìn)行實(shí)地調(diào)查的障礙物。此次采用的機(jī)載LiDAR系統(tǒng)，是集激光、全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)三種技術(shù)于一身的空間測(cè)量系統(tǒng)，其在高程或者高度的獲取上有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在對(duì)地表進(jìn)行了全區(qū)域的掃描的基礎(chǔ)上，獲取大范圍的地表的高程信息。此次所采用LiDAR數(shù)據(jù)的精度:飛行高度3 000 m;平面精度50 cm;高程精度35 cm。

圖5 LiDAR掃描電線桿

圖6 LiDAR掃描地面建筑

在室內(nèi)，采用航測(cè)手段以及激光LiDAR點(diǎn)的處理，激光LiDAR點(diǎn)數(shù)據(jù)根據(jù)不同地物類型可分為地面點(diǎn)、低植被點(diǎn)、高植被點(diǎn)、高空點(diǎn)、建筑物點(diǎn)等多種，雖然它們具有不同的高度特性，但都在同一圖層中。在操作過(guò)程中需要根據(jù)特性將其進(jìn)行分類，根據(jù)要求進(jìn)行提取。在本次項(xiàng)目中，采用高度限制以及地物分類，分別提取項(xiàng)目所需要的超高點(diǎn)位以及地表超高的范圍。

①地表地物的篩選過(guò)程如下:

以激光點(diǎn)位為主要工作資料，以地形圖為輔助工作資料，進(jìn)行數(shù)據(jù)的初步篩選，篩選出超出限度的高程點(diǎn)，并初步認(rèn)定其性質(zhì)。

圖7 超高地物初步篩選

圖8 參考面制作

圖9 初步篩選成果

②地表高程篩選流程如下:

通過(guò)激光LiDAR點(diǎn)位進(jìn)行復(fù)雜的分類，將地表地物進(jìn)行剔除，從而獲取地表的高程，建立大范圍的地表高程面。

整體內(nèi)業(yè)的具體操作步驟如下所述:

a.獲取LiDAR信息，將高度高于30 m的激光點(diǎn)進(jìn)行提取(減少總體運(yùn)算量);

b.將提取的激光數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為通用的ArcGIS數(shù)據(jù);

c.獲取高程限制標(biāo)準(zhǔn)，繪制為ArcGIS能夠識(shí)別的格式，并采用TIN的形式進(jìn)行表達(dá)，直觀且能夠方便后期的運(yùn)算;

d.將轉(zhuǎn)換為shp格式的激光點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)的TIN進(jìn)行空間運(yùn)算，將高程高于標(biāo)準(zhǔn)TIN的進(jìn)行提取;

e.將超高的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為dwg格式并疊加影像底圖，作為野外調(diào)查的基礎(chǔ)資料。

圖10 數(shù)字高程模型提取

(3)野外調(diào)查核實(shí)根據(jù)從內(nèi)業(yè)DEM上選出的特征點(diǎn)到野外進(jìn)行準(zhǔn)確量測(cè)。

4 結(jié)論

機(jī)載LiDAR技術(shù)的發(fā)展為獲取高時(shí)空分辨率的地球空間信息提供了全新的技術(shù)手段，使人們從傳統(tǒng)的單點(diǎn)數(shù)據(jù)獲取變?yōu)檫B續(xù)自動(dòng)獲取，提高了觀測(cè)的精度和速度。本次利用機(jī)載LiDAR技術(shù)及航測(cè)遙感影像在項(xiàng)目前期發(fā)揮了舉足輕重的作用，使得外業(yè)調(diào)查和測(cè)量工作更加有針對(duì)性，從而大大加快了項(xiàng)目的進(jìn)度，也大大降低了外業(yè)人員的作業(yè)強(qiáng)度。同時(shí)，機(jī)載LiDAR技術(shù)受到時(shí)間的局限性，對(duì)一些新建的超高建筑物產(chǎn)生遺漏現(xiàn)象，所以在外業(yè)巡查過(guò)程中應(yīng)小心此類建筑物的遺漏。隨著機(jī)載LiDAR技術(shù)的不斷發(fā)展，它將在此類工程項(xiàng)目中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

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