基于lidar数据快速提取河道断面图方法探索

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1、基于国产机载LiDAR系统快速获取河道断面图的方法探索杨蒙蒙①李军杰②③李世明④左建章③（①辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院，辽宁阜新123000；②河南城建学院，河南平顶山467000；③北京四维远见信息技术有限公司，北京100039；④昆明理工大学国土资源工程学院，昆明650093）摘要：本文基于国产机载LiDAR系统组成及工作原理，有效利用所获取的影像、激光点云和POS数据，探索将其应用于快速提取河道断面图的方法，通过实际工程分析验证了该方法的可行性，且验证了相对于传统断面获取模式的优越性。关键词：国产LiDAR系统；集成原理；河道断面图Explori

2、ngthemethodofquicklygetriverprofilesbasedonthedomesticairborneLidarYANGMeng-meng①LIJun-jie②③Lishi-ming④ZuoJian-zhang③（SchoolofGeomatics，LiaoningTechnicalUniversity，LiaoningFuxin123000，China）一、绪论在河道管理、治理以及河流径流量监测过程中需勘测大量河道横断面图，传统方式获取断面信息存在着一定的局限性，主要表现在以下两个方面：第一，数据获取手段的局限性。传统方式获取数据往往采

3、用全站仪、RTK等设备人工定距、定量采集一组离散观测点，每测一个断面都要相应搬迁设备，重新设置基准进行观测，同时视野受到周围物体的影响，消耗大量的人力、物力，并且作业周期长。第二，数据量的局限性。采用传统方式获取断面信息，难以获取断面线上任意点位的高程信息，认为两个观测点之间河底高程沿断面线是线性变化的，而在自然河道中，由于断面线上各点河床地形特征不同及受河流冲刷程度的不同，使得断面线上相邻两个观测点之间的河底高程沿着断面线是非线性变化的。机载激光雷达系统作为一种主动式新型遥感信息获取手段，具有高效、快速、受天气影响小、多回波性、穿透性强、数据精度高等优点，将

4、其沿河道飞行获取河道及两岸的激光点云数据，可以快速获取任意河道横、纵断面图，突破传统方式获取的局限性，并且效率高、周期短、成本低。本文主要探索利用机载激光雷达系统获取的河道两岸点云数据、影像数据与POS数据，尽可能挖掘数据，将其更好的应用到提取河道断面图上，以达到提高效率、节约成本的目的。二、系统集成与工作原理2.1系统集成图1系统集成图机载激光雷达系统（SW-LiDAR）主要由国产轻小型LiDAR、单镜头数码航测相机（SWDC-1）国产高精度POS（POS2010）、和经过改装的飞行器进行有效集成，系统集成如图1所示，其中，轻小型LiDAR主要用于获取激光发

5、射（接收）中心点到被测目标点之间的距离、角度、回波强度等信息，具体参数为：测距测程50-1500m，扫描视场[-4545]，测距分辨率5mm，测角分辨率0.072度，测角精度0.18mrad，采样频率100-200KHZ，光斑尺寸33mm@100m，回波1-4次。SWDC-1数字航测相机主要用于获取高分辨率航空影像，焦距35mm，影像为5410×7210像素；POS2010主要用于获取载体高精度的定位定姿数据,IMU采样频率为100HZ，GPS采样频率为10HZ，方位精度优于0.05度，水平姿态精度优于0.02度。2.2工作原理将激光扫描仪安置在飞行器上，通过

6、记录发射的激光脉冲从地面反射到接收的时间值，精确获取扫描仪发射点到目标地物点的距离，POS2010主要由惯性导航单元INS与全球定位系统组成，通过GPS获取精确的位置信息，INS获取飞行载体的姿态参数（横滚角（Roll）、俯仰角（Pitch）、航向角（Heading）），综合GPS获取的航迹信息、INS获取的姿态参数及LiDAR获取的角度、距离等数据，可以确定每个目标点的三维坐标值。三、方法研究辅助国产机载LiDAR系统POS数据组合导航处理POS数据影像数据预处理TIFF影像快速正射激光IMPplr文件点云数据剔除杂点提取地面点获取裸地点选取特征点格式转换导

7、入CASS生成里程文件绘制断面图图2流程图利用国产机载激光雷达系统（SW-LiDAR）获取断面图，激光点云数据点云密度比较大，而软件承载的数据量有限，故需要尽可能减少数据量、增加特征点、删除多余点，该系统获取的数据包括POS数据、激光数据、影像数据，应将这些数据最大程度应用到绘制断面图的过程中。首先，POS数据需要利用组合导航软件进行处理获得运动载体的定位、定姿参数，其中GPS数据采用差分处理方式，IMU数据采用松组合方式进行处理。POS数据在快速正射生成过程用于提供影像曝光时刻的外方位元素，同时在点云数据生成过程起到重要作用。其次，影像数据经过处理获取最终的

8、快速正射用于辅助断面图的生成，为其提供