海岸帶是海洋與陸地之間的過渡地帶,受海洋系統(tǒng)和陸地系統(tǒng)的相互作用,隨著海洋開發(fā)領(lǐng)域的日益拓展以及海域、海岸資源開發(fā)利用強(qiáng)度和密度的進(jìn)一步加大,對海岸帶區(qū)域的變化監(jiān)測已顯得尤為重要。海岸帶區(qū)域由于地形復(fù)雜,分布有基巖、灘涂、紅樹林及沙灘等,許多區(qū)域難以進(jìn)人開展控制點的布設(shè)與測量;這種難以施測的問題同時也造成了灘涂海岸地區(qū)測量精度低下,采用實地測量方式具有施測周期長、工作量大、費時費力的問題。應(yīng)用機(jī)載LiDAR進(jìn)行海岸帶地形測繪具有大范圍、低成本、周期短、精度高、能有效祛除植被的特點。
機(jī)載激光雷達(dá)(Light Detection And Ranging,LiDAR)集成了激光測系統(tǒng)、全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)與慣性測量系統(tǒng)(Inertial Measurement Unit,IMU)集高分辨率航空數(shù)碼相機(jī)技術(shù)于一體的空間測量技術(shù),能夠快速、準(zhǔn)確地獲取地表三維空間信息。它具有較強(qiáng)的植被穿透性、更短的作業(yè)周期以及更低的生產(chǎn)成本;將獲取的LiDAR激光點云數(shù)據(jù)經(jīng)過處理與編輯,最終能得到測區(qū)的DSM、DEM、DOM、DLG等地形圖產(chǎn)品,基于這些特點,它在城市三維建模、資源勘察、森林調(diào)查、地形測繪、災(zāi)害監(jiān)測、海島海岸帶調(diào)查等方面的應(yīng)用具有獨特優(yōu)勢。
1、 測區(qū)范圍及實施過程
1.1 測區(qū)范圍
新會港至銀湖灣沿岸,測繪岸線(潮間帶)200m范圍,測區(qū)岸線長約80km,由于該區(qū)域岸線主要以人工堤岸為主,岸線位置界定在堤岸坡頂外緣線,向海一側(cè)獲取0.5m分辨率DOM、DEM以1∶2000地形圖(DLG),成果坐標(biāo)系統(tǒng)采用WGS-84、CGCS2000,高程系統(tǒng)采用1985國家高程基準(zhǔn)。
1.2 實施過程
本次項目采用機(jī)載激光雷達(dá)(LiDAR)掃描技術(shù),航飛平臺為運-5飛機(jī),設(shè)備為美國天寶公司的Harrier68i系統(tǒng)。數(shù)碼相機(jī)為Rollei Metric AIC Pro65;慣導(dǎo)系統(tǒng)型號為Applanix POS/AV 系列,采樣頻率200Hz;激光掃描儀的型號為Riegl LMS-Q680i,最大脈沖頻率400kHz,掃描角度45°/60°,相對航高H為1200m,航向重疊度為60%,旁向重疊度為30%,Lidar數(shù)據(jù)點密度1.72點/m2,測區(qū)范圍共布設(shè)12條航線。
(1)地面參考站布設(shè)。本次航飛測量共布設(shè)了7個四級GPS點作為地面參考站點。地面靜態(tài)基站設(shè)備使用天寶5700和天寶5800雙頻GPS接收機(jī),采用地面靜態(tài)基站模式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,采樣間隔為1s。
(2)參考面布設(shè)。參考面布設(shè)是為了糾正激光點的平面和高程數(shù)據(jù),平面主要采集公路斑馬線或球場角等地面上的明顯分界線,高程主要采集比較平整的堅硬地面、球場硬化平整區(qū)域等,通過參考面區(qū)域的平面和高程對比糾正,求出測區(qū)的改正參數(shù),可以糾正測區(qū)的激光點平面及高程數(shù)據(jù)。為保證數(shù)據(jù)處理的精度,消除系統(tǒng)誤差,在測區(qū)范圍內(nèi)測量部分高程和平面參考數(shù)據(jù),本項目共做了8個參考面。
(3)參考面測量。參考面平面和高程都采用GPS-RTK,平面測量主要采集路邊線和有規(guī)則的房屋等,每處一般為20個,總點數(shù)不少于10個。參考面高程測量選在比較平整的堅硬地面,旁邊無障礙物阻擋。采集高程數(shù)據(jù)點間距為1~2m,總點數(shù)不少于20個。
2、 LiDAR及原始影像數(shù)據(jù)預(yù)處理
LiDAR數(shù)據(jù)主要采用TOPPIT軟件處理,POS數(shù)據(jù)采用POSPAC軟件處理,影像數(shù)據(jù)采用INPHO_orthovista軟件處理。
(1)導(dǎo)航文件制作:利用POS姿態(tài)數(shù)據(jù)與地面GPS基站數(shù)據(jù)聯(lián)合處理,獲取導(dǎo)航數(shù)據(jù)文件,處理過程中要查看導(dǎo)航數(shù)據(jù)的起止時間是否與實際飛行時間匹配,飛行軌跡是否完整,無中斷;導(dǎo)航數(shù)據(jù)精度指標(biāo)是否滿足要求,注意查看衛(wèi)星質(zhì)量圖。
(2)控制文件制作:檢查航帶是否存在漏飛現(xiàn)象的同時通過覆蓋數(shù)據(jù)范圍制作控制文件,檢查激光數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)是否覆蓋了整個測區(qū)范圍,是否有數(shù)據(jù)漏洞、條帶遺失。
(3)三維激光點云坐標(biāo)計算(預(yù)處理+航帶校正):將原始激光數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理生成原始的三維激光點云數(shù)據(jù),然后將原始點云數(shù)據(jù)依據(jù)實測的平面和高程控制點進(jìn)行平面和高程校正,計算出地表目標(biāo)物的空間三維坐標(biāo)。
3、 LiDAR數(shù)據(jù)后處理
3.1 激光點云分類
用TerraSolid軟件基于不規(guī)則三角網(wǎng)原理,通過設(shè)定參數(shù)閾值進(jìn)行濾波,濾波出分離地面點和非地面點,閾值大小設(shè)置取決于測區(qū)的地形以及植被的高低、密度等。將分離出來的非地面點進(jìn)行細(xì)分:根據(jù)點的高度、分布的形狀、密度、坡度等特征,對非地面點云進(jìn)行分類。
3.2 DEM制作
制作DEM主要采用TOPPit軟件,DEM是用激光數(shù)據(jù)的末次回波生成的,是在用末次回波制作的DSM的基礎(chǔ)上過濾掉地表高于地面的物體(如樹木.房屋等)后生成的起伏的地面模型,主要過程為:
(1)格網(wǎng)化,將經(jīng)過校正的點云數(shù)據(jù)根據(jù)其坐標(biāo)值按照一定的點間隔插入到規(guī)則格網(wǎng)中;
?。?)填補(bǔ)小縫隙,將影像中存在的小縫隙、小黑洞用其周圍點的灰度值填充起來,使其有高程值;
?。?)去除粗差點,將比地面點或者地物點高很多的粗差點去除;
?。?)生成浮雕影像,將經(jīng)過填充和去除粗差點處理的點云數(shù)據(jù)生成浮雕影像,使點云數(shù)據(jù)生成三維模型,以便更直觀的反映地表的情況;
?。?)過濾,對經(jīng)過填充和去除粗差點處理的點云過濾處理,將地表的一些地物(如房屋,植被地物等)濾除掉;
(6)手工編輯,用程序自動過濾后,往往有些地物都沒有過濾干凈,因此需要人工干預(yù)處理,將未過濾掉的地物手工擦除;
(7)經(jīng)過過濾后影像上存有很多黑洞,需應(yīng)用黑洞周圍的點高程值內(nèi)插,使地面平坦、連續(xù);
?。?)裁剪重疊區(qū),將每幅影像邊緣的重疊區(qū)裁剪掉,生成DEM模型。
3.3 DOM制作
對LiDAR數(shù)據(jù)同步獲取的航空遙感影像空間分辨率為0.18m,使用LIDAR中生成的DEM結(jié)合地面控制點數(shù)據(jù)對對影像進(jìn)行正射校正,生成經(jīng)過校正的單幅正射影像,對正射影像進(jìn)行勻色,對多幅影像進(jìn)行拼接,制作適當(dāng)?shù)挠跋耔偳毒€,根據(jù)鑲嵌線和勻色后的影像進(jìn)行分幅處理,最終獲取正射影像DOM。
3.4 DLG制作
1∶2000DLG采用“激光點云輔助正射影像進(jìn)行矢量化法”進(jìn)行繪制,外業(yè)調(diào)繪成圖。
先對正射影像和激光點云數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配,根據(jù)分類后的非地面點結(jié)合高精度正射影像圖繪制明顯的地物,包括道路,房屋,水塘等、設(shè)施、田埂、陡坎、水溝等要素。利用DEM數(shù)據(jù)生成等高線,對等高線進(jìn)行編輯、抽稀、圓滑等處理,保留特征點,然后再對高程標(biāo)注。
4、 結(jié)語
機(jī)載LiDAR具有大范圍、快速獲取地面高精度三維坐標(biāo),結(jié)合航空數(shù)碼影像能夠生產(chǎn)出大比例尺地形圖的特點,尤其是在人工不宜作業(yè)的區(qū)域,優(yōu)勢就更為明顯,本次獲取的海岸帶大比例尺地形圖對于江門市海岸地形變化監(jiān)測、岸線變遷、風(fēng)暴潮淹沒分析、災(zāi)害預(yù)警和災(zāi)害評估等可發(fā)揮重要的作用。
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