【機載激光雷達系統在複雜地形測量中的應用】_地形測量設備三維激光掃描儀-華測導航

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華測導航KKH 1:2000帶狀地形圖測繪項目
喀喇昆侖公路(Karakoram Highway,簡稱KKH),又名中巴友誼公路或帕米爾公路,其北起中國新疆喀什(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蘭堡及南部沿海地區的交通要道,也是中國通往巴基斯坦及巴南部港口卡拉奇、南亞次大陸、中東地區的唯一陸路通道,具有重要的戰略和軍事意義。KKH公路全長1032公裡,其中中國境内416公裡,巴基斯坦境内616公裡,是世界上海拔最高的跨越邊境的道路,被稱為世界上最高最美的公路,且被評為”世界十大險峻公路”之一,同時因其修建難度之大,又被稱為世界第八大奇迹。
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解決方案

一、項目背景

喀喇昆侖公路始建于1960年代,于1979年正式宣告建成,19865月正式對外開放。由于KKH穿越印度闆塊和歐亞闆塊碰撞區,沿線地形陡峻,地質情況極為複雜,雪崩、山體滑坡、落石、塌方、積雪、積冰、地震等地質災害經常發生,沿途路面和橋梁設施經常遭到破壞,導緻現有道路經常中斷。20107月,巴基斯坦發生洪水,道路損毀嚴重,中國政府實施了“援巴基斯坦國道公路網N35N55(北段)路段修複項目”,其中N35道路的水毀修複路段集中在KKH中段,即THAKOT-RAIKOT段。除去水毀修複路段,N35中段仍然有136.4公裡的路段尚未改造,道路狀況逐年惡化,沿線崩塌、滑坡、泥石流、落石等災害頻發,交通經常中斷。

“開工伊始,測量先行”。為了加快項目進度,确保順利完成施工前期的1:2000帶狀地形圖測量及成圖工作,解決測區山勢陡峭、環境惡劣、人工作業效率低等難題,本項目引進上海華測導航技術股份有限公司推出的AS-100機載LIDAR系統,成功完成道路沿線測繪數據采集,并快速生成相應成果數據。

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二、項目概況

測區位于東經73°13′—74°05′,北緯35°13′—35°31′。項目地理位置圖如下:

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測區地理位置


整個測區多為山區路段,山勢陡峭,地形複雜,高程起伏較大,尤其有10km左右路段屬于線路改線段,測區本身道路中斷,車輛無法通行,為本次測量工作帶來很多不便。

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測區地形

三、設備概況

本次項目使用華測AS-100多平台激光雷達系統,集成多線激光傳感器與POS定位定姿系統,整機基于輕量化結構設計理念,可以搭載在市面上大多數旋翼無人機上作業。作為新興的三維數據獲取手段,能夠快速獲取地形表面數據,地物特征,電力線信息等,可實現高精度、高密度、高效率地實時數據采集。并且基于内置相機采集影像,可生成DOM、DSM、真彩色點雲等成果。AS-100多平台激光雷達系統可廣泛應用于城市測量、數字城市建設、地形地理測繪、電力線路、道路及通道工程勘察設計、高速公路和鐵路監控及施工管理等領域。

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 AS-100多平台激光雷達系統

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P560H六旋翼無人機搭載AS-100

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AS-100多平台激光雷達系統參數

四、技術流程

       (1.)技術路線

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技術路線圖

      (2.)采集流程

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采集流程圖

      (3.)外業采集

鑒于測區實際情況,整個作業過程全部采用手控飛行的采集方式。作業人員通過飛機遙控控制無人機沿線路,由其他工作人員協助對地面站進行監控,并将飛機信息實時反饋給無人機飛手。其中,車輛能夠通行的地方全部乘車手控,而道路中斷的地方基本都靠步行方式沿線控制采集。

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乘車手控作業

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步行手控作業

      (4.)數據處理

              1.數據預處理

數據預處理主要包括POS解算、激光處理和坐标轉換。其中:POS解算生成PosT文件,可按時間輸出載體的位置、姿态信息;激光處理則對原始激光文件進行解碼,并對激光點坐标進行轉換,從而得到WGS-84坐标系下的LAS格式點雲;坐标轉換是根據用戶需求,将點雲成果轉換到工程獨立坐标系下。

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POS解算

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激光處理

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坐标轉換

              2.點雲後處理

點雲後處理包括點雲抽稀、噪點剔除、濾波分類等,數據通過精細分類後,剔除了植被點、噪聲點、建築物點等其他地物點,獲得精準的地面點,并提取出保留了地形特征點的高程點數據。

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點雲抽稀

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地面點分類

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地面點

                   3.地形圖制作

地形圖制作主要包括高程點、等高線的生成以及地物繪制。利用地面點繪制等高線,最後再對其進行修飾,可以制作出高精度的數字高程模型DEM 産品,針對需要繪制地物的區域,基于CAD軟件導入點雲,進行地物繪制,最終形成完整的1:2000帶狀地形圖。

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等高線生成

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地物繪制

                    4.成果

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點雲成果

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地形圖成果

五、技術優勢

機載激光雷達技術作為一種先進的移動測量技術,在采集數據方面具有傳統航空攝影測量所無法比拟的巨大優勢,尤其在三維地理空間信息的數據采集方面具有廣闊的發展前景與應用需求。

在本項目中,利用AS-100多平台激光雷達系統,以機載模式進行KKH公路沿線測繪數據采集,極大地提升了數據采集效率,克服了測區地形起伏變化大、環境惡劣、人工測量危險系數高等困難,在快速作業、短時間内獲取海量點雲的同時,利用自主研發的點雲處理軟件完成點雲坐标轉換、去噪抽稀、濾波分類等一系列後處理工作,極大地提高了工作效率。本項目的成功實施,證明了利用機載激光雷達進行1:2000地形圖測繪是一種高效率、高精度的方法,相比于傳統測量方式有着不可比拟的優勢,随着機載激光雷達技術在行業中應用的普及,未來的測圖工作将更加高效便捷!

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