蘇成林 董武鐘 何強(qiáng)

摘要：河湖是重要的國土空間資源，河湖確權(quán)意義重大。激光雷達(dá)技術(shù)具有高精度、高分辨率、高自動(dòng)化、高效率的優(yōu)勢，其多重反射的特性，可同時(shí)獲取地面及其覆蓋物的精確三維坐標(biāo)。本文作者結(jié)合工作實(shí)踐，將激光雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用于河湖確權(quán)劃界工作中，驗(yàn)證其可靠性和科學(xué)性。

關(guān)鍵詞：河湖確權(quán)；激光雷達(dá)；三維坐標(biāo)

1.前言

河湖是重要的國土空間資源，明確河湖管護(hù)的責(zé)任和路徑，借助劃界工作，掌握河湖水域岸線開發(fā)利用、保護(hù)基本情況和各種不同類別涉河建設(shè)項(xiàng)目的權(quán)屬、位置、特征參數(shù)等信息，同時(shí)厘清涉河建設(shè)項(xiàng)目審批、建設(shè)、監(jiān)管的責(zé)任主體，為今后河湖治理管護(hù)打下基礎(chǔ)。

機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)集激光測距、GPS（全球定位系統(tǒng)）和INS（慣性導(dǎo)航系統(tǒng)）三種技術(shù)與一體的空間測量系統(tǒng)，具有高精度、高分辨率、高自動(dòng)化、高效率的優(yōu)勢，其多重反射的特性，可同時(shí)獲取地面及其覆蓋物（植被、電力線等）的精確三維坐標(biāo)。獲取的高精度高分辨率DEM，可作為土地利用、工程建設(shè)規(guī)劃、公共管理線等方面應(yīng)用基礎(chǔ)。

作者結(jié)合工作實(shí)際，在河湖劃界工作中，積極運(yùn)用激光雷達(dá)技術(shù)，極大地提高了工作效率和成果質(zhì)量，成為河湖劃定工作得力的工作助手，對于今后的基礎(chǔ)測繪工作開展具有積極借鑒意義[1—3]。

2.系統(tǒng)組成及原理

機(jī)載激光雷達(dá)測量系統(tǒng)設(shè)備主要包括三大部件：機(jī)載激光掃描儀、航空數(shù)碼相機(jī)、定向定位系統(tǒng)POS（包括全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS和慣性導(dǎo)航儀IMU）。其中機(jī)載激光掃描儀采集三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄回波強(qiáng)度及波形；航空數(shù)碼相機(jī)采集影像數(shù)據(jù)；POS系統(tǒng)記錄設(shè)備在每一瞬間的空間位置與姿態(tài)。其中，GNSS確定空間位置，IMU慣導(dǎo)測量仰俯角、側(cè)滾角和航向角數(shù)據(jù)[4]。

3.數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處理就是對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，獲取GNSS數(shù)據(jù)、IMU數(shù)據(jù)和激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)等，并將同一架次的GNSS數(shù)據(jù)、IMU數(shù)據(jù)、地面基站觀測數(shù)據(jù)、飛行記錄數(shù)據(jù)、基站控制點(diǎn)數(shù)據(jù)、激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)等進(jìn)行處理，生成滿足要求的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)碼影像數(shù)據(jù)[5]。實(shí)際作業(yè)過程中具體流程如圖2。

4.工程案例

白鶴河位于仁壽縣北斗鎮(zhèn)，河長18km，本文將結(jié)合工程實(shí)踐探討激光雷達(dá)技術(shù)在河流確權(quán)中的應(yīng)用。

4.1去噪濾波點(diǎn)云數(shù)據(jù)

常見的噪聲包括高位粗差和低位粗差，高位粗差通常是因?yàn)闄C(jī)載LiDAR系統(tǒng)在采集數(shù)據(jù)的過程中受到低飛的飛行物（比如鳥類或者飛機(jī)）的影響，誤將這些物體反射回來的信號(hào)當(dāng)作被測目標(biāo)的反射信號(hào)記錄下來。低位粗差則是由于測量過程中的多路徑誤差或者激光測距儀的誤差導(dǎo)致產(chǎn)生的極低點(diǎn)。通過選擇合適的參數(shù)，可以移除噪點(diǎn)，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。

4.2點(diǎn)云賦色

通過結(jié)合縱橫無人機(jī)攜帶的睿博DG3-psdk的五鏡頭航片，將生成后的DOM賦色給點(diǎn)云，使激光lidar點(diǎn)云成為包含RGB信息的彩色點(diǎn)云，方便工程項(xiàng)目基于彩色點(diǎn)云進(jìn)行更深度的信息挖掘和加工。以下為賦色后的白鶴河彩色點(diǎn)云總數(shù)據(jù)。

4.3基于點(diǎn)云的等高線生成

在地面點(diǎn)云DEM的基礎(chǔ)上，進(jìn)行等高線生成操作，得到如圖7所示的等高線矢量圖，基于點(diǎn)云生成的等高線具有更強(qiáng)的真實(shí)性，很好的保留現(xiàn)場地形豐富的細(xì)節(jié)，完全有別于傳統(tǒng)人工測圖的成果，大大降低了外業(yè)人工工作量以及內(nèi)業(yè)的矢量編輯工作量。

4.4基于點(diǎn)云的DLG采集

由于點(diǎn)云賦色后具備了豐富的RGB信息，更加有利于內(nèi)業(yè)繪圖人員通過目視解譯和交互編輯的方式進(jìn)行地形圖矢量化，能更加準(zhǔn)確的還原現(xiàn)場的地形地貌以及植被分布等信息，完全克服了傳統(tǒng)外業(yè)作業(yè)模式的弊端，以下為基于彩色點(diǎn)云進(jìn)行DLG線畫圖成果，如下圖所示。

5.成果分析

5.1精度分析

在對分類后的地面點(diǎn)云進(jìn)行精度分析：采用RTK測量600組特征點(diǎn)數(shù)據(jù)，構(gòu)成樣本數(shù)據(jù)?；诮y(tǒng)計(jì)學(xué)意義，在這些樣本中隨機(jī)地抽取出20組用于統(tǒng)計(jì)比較，以檢驗(yàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理后的地面點(diǎn)云的精度質(zhì)量，高程精度對比結(jié)果如下表所示。

根據(jù)大比例尺數(shù)字地形圖的質(zhì)量要求，對激光掃描儀所獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行大比例成圖后質(zhì)量評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)方法主要通過計(jì)算檢核點(diǎn)高程中誤差來衡量。高程精度還可以通過對全站儀（RTK）所測等高線和掃描儀所測等高線兩者疊加對比分析以及兩種方法生成的斷面圖進(jìn)行對比分析來評(píng)價(jià)。

根據(jù)《數(shù)字測繪產(chǎn)品檢查驗(yàn)收規(guī)定和質(zhì)量評(píng)定規(guī)范（GB/T 18316—2001）》對表l的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

高程精度采用公式：

式中：Hi/m， hi/m分別為RTK實(shí)測高程和點(diǎn)云高程；n為檢核點(diǎn)個(gè)數(shù)。

算得MH=0.02mm，高程精度小于規(guī)范30mm的要求。

由以上的數(shù)據(jù)分析可得，激光雷達(dá)的精度是可以滿足河湖確權(quán)精度要求。

5.2效率分析

由上圖分析，激光雷達(dá)技術(shù)與傳統(tǒng)作業(yè)方法比較，內(nèi)業(yè)與外業(yè)作業(yè)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)作業(yè)方法。

通過分析激光雷達(dá)作業(yè)的精度與效率，發(fā)揮激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的價(jià)值和優(yōu)勢，在滿足精度要求的情況下提升了作業(yè)效率。

6.結(jié)語

結(jié)合工程實(shí)踐，本文探討了激光雷達(dá)技術(shù)在河湖確權(quán)劃界中的應(yīng)用，從成果精度與作業(yè)效率進(jìn)行分析，激光雷達(dá)技術(shù)成果精度在滿足規(guī)范要求的前提下作業(yè)效率得到較大提升，對于今后的基礎(chǔ)測繪工作開展具有積極借鑒意義。隨著激光雷達(dá)技術(shù)的優(yōu)化及設(shè)備價(jià)格的下調(diào)，該技術(shù)將逐漸普及，其應(yīng)用領(lǐng)域值得深入研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]索高宇.無人機(jī)航測在農(nóng)村土地確權(quán)中的應(yīng)用[J].西部資源， 2020（5）： 123～125.

[2]郭如寶.航空攝影技術(shù)在呼倫湖流域生態(tài)綜合治理中的應(yīng)用研究[J].西部資源， 2020（6）： 143～145.

[3]李鑫龍，林浩，王慶國，等；無人機(jī)影像匹配點(diǎn)云技術(shù)在大比例尺地形測圖中的應(yīng)用[J].水利水電測繪， 2019（4）： 8～10.

[4]李德仁，邵振峰，楊小敏，等；從數(shù)字城市到智慧城市的理論與實(shí)踐[J].地理空間信息， 2011， 9（6）： 1～5， 7.

[5]張祖勛，陶鵬杰，等；談大數(shù)據(jù)時(shí)代的"云控制"攝影測量[J].測繪學(xué)報(bào)， 2017， 46（10）： 1238～1248.