【机载激光雷达系统在复杂地形测量中的应用】_地形测量设备三维激光扫描仪-华测导航

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机载激光雷达系统在复杂地形测量中的应用

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华测导航KKH 1:2000带状地形图测绘项目
喀喇昆仑公路(Karakoram Highway,简称KKH),又名中巴友谊公路或帕米尔公路,其北起中国新疆喀什(Kash),南到巴基斯坦北部城市塔科特(Thakot),是巴基斯坦北部通往首都伊斯兰堡及南部沿海地区的交通要道,也是中国通往巴基斯坦及巴南部港口卡拉奇、南亚次大陆、中东地区的唯一陆路通道,具有重要的战略和军事意义。KKH公路全长1032公里,其中中国境内416公里,巴基斯坦境内616公里,是世界上海拔最高的跨越边境的道路,被称为世界上最高最美的公路,且被评为”世界十大险峻公路”之一,同时因其修建难度之大,又被称为世界第八大奇迹。

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解决方案

一、项目背景

喀喇昆仑公路始建于1960年代,于1979年正式宣告建成,19865月正式对外开放。由于KKH穿越印度板块和欧亚板块碰撞区,沿线地形陡峻,地质情况极为复杂,雪崩、山体滑坡、落石、塌方、积雪、积冰、地震等地质灾害经常发生,沿途路面和桥梁设施经常遭到破坏,导致现有道路经常中断。20107月,巴基斯坦发生洪水,道路损毁严重,中国政府实施了“援巴基斯坦国道公路网N35N55(北段)路段修复项目”,其中N35道路的水毁修复路段集中在KKH中段,即THAKOT-RAIKOT段。除去水毁修复路段,N35中段仍然有136.4公里的路段尚未改造,道路状况逐年恶化,沿线崩塌、滑坡、泥石流、落石等灾害频发,交通经常中断。

“开工伊始,测量先行”。为了加快项目进度,确保顺利完成施工前期的12000带状地形图测量及成图工作,解决测区山势陡峭、环境恶劣、人工作业效率低等难题,本项目引进上海华测导航技术股份有限公司推出的AS-100机载LIDAR系统,成功完成道路沿线测绘数据采集,并快速生成相应成果数据。

二、项目概况

测区位于东经73°13′—74°05′,北纬35°13′—35°31′。项目地理位置图如下:

测区地理位置


整个测区多为山区路段,山势陡峭,地形复杂,高程起伏较大,尤其有10km左右路段属于线路改线段,测区本身道路中断,车辆无法通行,为本次测量工作带来很多不便。

测区地形

三、设备概况

本次项目使用华测AS-100多平台激光雷达系统,集成多线激光传感器与POS定位定姿系统,整机基于轻量化结构设计理念,可以搭载在市面上大多数旋翼无人机上作业。作为新兴的三维数据获取手段,能够快速获取地形表面数据,地物特征,电力线信息等,可实现高精度、高密度、高效率地实时数据采集。并且基于内置相机采集影像,可生成DOMDSM、真彩色点云等成果。AS-100多平台激光雷达系统可广泛应用于城市测量、数字城市建设、地形地理测绘、电力线路、道路及通道工程勘察设计、高速公路和铁路监控及施工管理等领域。


 AS-100多平台激光雷达系统


P560H六旋翼无人机搭载AS-100



AS-100多平台激光雷达系统参数

四、技术流程

       (1.)技术路线

技术路线图

      (2.)采集流程

采集流程图

      (3.)外业采集

鉴于测区实际情况,整个作业过程全部采用手控飞行的采集方式。作业人员通过飞机遥控控制无人机沿线路,由其他工作人员协助对地面站进行监控,并将飞机信息实时反馈给无人机飞手。其中,车辆能够通行的地方全部乘车手控,而道路中断的地方基本都靠步行方式沿线控制采集。

乘车手控作业

步行手控作业

      (4.)数据处理

              1.数据预处理

数据预处理主要包括POS解算、激光处理和坐标转换。其中:POS解算生成PosT文件,可按时间输出载体的位置、姿态信息;激光处理则对原始激光文件进行解码,并对激光点坐标进行转换,从而得到WGS-84坐标系下的LAS格式点云;坐标转换是根据用户需求,将点云成果转换到工程独立坐标系下。

POS解算

激光处理

坐标转换

              2.点云后处理

点云后处理包括点云抽稀、噪点剔除、滤波分类等,数据通过精细分类后,剔除了植被点、噪声点、建筑物点等其他地物点,获得精准的地面点,并提取出保留了地形特征点的高程点数据。

点云抽稀

地面点分类

地面点

                   3.地形图制作

地形图制作主要包括高程点、等高线的生成以及地物绘制。利用地面点绘制等高线,最后再对其进行修饰,可以制作出高精度的数字高程模型DEM 产品,针对需要绘制地物的区域,基于CAD软件导入点云,进行地物绘制,最终形成完整的1:2000带状地形图。

等高线生成

地物绘制

                    4.成果

点云成果

地形图成果

五、技术优势

机载激光雷达技术作为一种先进的移动测量技术,在采集数据方面具有传统航空摄影测量所无法比拟的巨大优势,尤其在三维地理空间信息的数据采集方面具有广阔的发展前景与应用需求。

在本项目中,利用AS-100多平台激光雷达系统,以机载模式进行KKH公路沿线测绘数据采集,极大地提升了数据采集效率,克服了测区地形起伏变化大、环境恶劣、人工测量危险系数高等困难,在快速作业、短时间内获取海量点云的同时,利用自主研发的点云处理软件完成点云坐标转换、去噪抽稀、滤波分类等一系列后处理工作,极大地提高了工作效率。本项目的成功实施,证明了利用机载激光雷达进行12000地形图测绘是一种高效率、高精度的方法,相比于传统测量方式有着不可比拟的优势,随着机载激光雷达技术在行业中应用的普及,未来的测图工作将更加高效便捷!

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