机载LiDAR技术及航测遥感影像在机场净空保护区障碍物调查中的应用

杨留方，沈名威，宗庆

(常州市测绘院，江苏常州 213003)

1 引言

机场净空保护区障碍物调查是机场改扩建项目的重要组成部分。由于调查范围广、工期时间紧，外业巡查需投入大量的人力、物力和财力，而且传统的外业巡查方式容易遗漏超高建筑物，使得调查工作功亏一篑。因此，笔者尝试利用LiDAR技术解决上述问题，最终使得调查工作如期高质量地完成。

机载激光雷达，即LiDAR技术，在国外经历了几十年的研究和应用，在我国其技术也日趋成熟。机载LiDAR技术广泛应用于基础测绘、道路工程、电力电网、水利、石油管线、海岸线及海岛礁、数字城市等领域，提供了高精度、大比例尺(1∶500至1∶10 000)的空间数据。本文通过机载激光雷达技术与航测遥感影像、DEM相结合的方法对调查建筑物进行前期的筛选，提高了障碍物普查的工作效率，同时也大大降低了外业工作者的劳动强度。

2 作业范围

依据设计方提供的设计图，此次需要调查的范围是以机场中心为圆心，半径为 50 km，面积为7 854 km2。该区域涉及常州、泰州、丹阳、金坛等多个县市。

图1 机场净空障碍物限制示意图

3 技术方案及作业流程

3.1 技术方案

激光雷达数据虽然对描述地物三维空间结构的优势明显，但对于精确描述地物边界还存在误差。尤其是不规则房屋边缘存在高度相似植被的情况下，容易造成错分和误判，需要借助高分辨率的影像进行辅助判读。所以我们试图将LiDAR数据与影像数据加以融合，精确确定地物的边界和高程。

①利用目前国内最新的LiDAR技术获得的Li-DAR数据，建立数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)。

②根据机场净空保护区要求制作参考面(图8)。

③对比两个模型后筛选出超高建筑物。

④结合影像判读后再进行外业有重点的核查和现场测量。

3.2 作业流程

(1)收集相关的基础资料，主要是影像数据和DEM数据。

地形图基础数据:包括 1∶500，1∶1 000，1∶5 000等地形图，在地形图上，可提取丰富的相关信息，如地面高程点，高压铁塔、水塔、烟囱等位置信息，以及建筑的楼层等信息。

图2 地形图资料

航测遥感资料:采用最新航拍图(1∶2 000)以及2011年最新遥感影像图(1∶25 000)作为野外巡视的底图资料(常州市测绘院没有周边县市的最新航拍图，所以需用到最新遥感影像图作为补充)。由于内容新，范围全，作为外业踏勘考察底图，极大地提高了工作效率。在野外主要是沿着国道、省道、城市道路、乡镇道路、村庄外围的大车路进行详细的巡视。

图3 Allos遥感影像

图4 航摄影像

(2)内业首先在甲方的设计图纸上，按照相应的要求在DEM数据上进行统一的筛选，选出需要到野外进行实地调查的障碍物。此次采用的机载LiDAR系统，是集激光、全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术于一身的空间测量系统，其在高程或者高度的获取上有独特的优势，在对地表进行了全区域的扫描的基础上，获取大范围的地表的高程信息。此次所采用LiDAR数据的精度:飞行高度3 000 m;平面精度50 cm;高程精度35 cm。

图5 LiDAR扫描电线杆

图6 LiDAR扫描地面建筑

在室内，采用航测手段以及激光LiDAR点的处理，激光LiDAR点数据根据不同地物类型可分为地面点、低植被点、高植被点、高空点、建筑物点等多种，虽然它们具有不同的高度特性，但都在同一图层中。在操作过程中需要根据特性将其进行分类，根据要求进行提取。在本次项目中，采用高度限制以及地物分类，分别提取项目所需要的超高点位以及地表超高的范围。

①地表地物的筛选过程如下:

以激光点位为主要工作资料，以地形图为辅助工作资料，进行数据的初步筛选，筛选出超出限度的高程点，并初步认定其性质。

图7 超高地物初步筛选

图8 参考面制作

图9 初步筛选成果

②地表高程筛选流程如下:

通过激光LiDAR点位进行复杂的分类，将地表地物进行剔除，从而获取地表的高程，建立大范围的地表高程面。

整体内业的具体操作步骤如下所述:

a.获取LiDAR信息，将高度高于30 m的激光点进行提取(减少总体运算量);

b.将提取的激光数据转换为通用的ArcGIS数据;

c.获取高程限制标准，绘制为ArcGIS能够识别的格式，并采用TIN的形式进行表达，直观且能够方便后期的运算;

d.将转换为shp格式的激光点与标准的TIN进行空间运算，将高程高于标准TIN的进行提取;

e.将超高的数据转换为dwg格式并叠加影像底图，作为野外调查的基础资料。

图10 数字高程模型提取

(3)野外调查核实根据从内业DEM上选出的特征点到野外进行准确量测。

4 结论

机载LiDAR技术的发展为获取高时空分辨率的地球空间信息提供了全新的技术手段，使人们从传统的单点数据获取变为连续自动获取，提高了观测的精度和速度。本次利用机载LiDAR技术及航测遥感影像在项目前期发挥了举足轻重的作用，使得外业调查和测量工作更加有针对性，从而大大加快了项目的进度，也大大降低了外业人员的作业强度。同时，机载LiDAR技术受到时间的局限性，对一些新建的超高建筑物产生遗漏现象，所以在外业巡查过程中应小心此类建筑物的遗漏。随着机载LiDAR技术的不断发展，它将在此类工程项目中发挥越来越重要的作用。

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