激光雷达油气管道工程

激光雷达油气管道工程

1激光雷达测量系统技术原理

L1激光雷达测量原理

激光雷达使用的是由激光器发射激光以光速传播，当激

光发射到被测量物体的表面时，一部分反射激光被接收器所

接收，计算出激光器发射点到反射物体的距离，再结合激光

雷达系统瞬时位置与姿态，即可得到测点的三维坐标。

L2激光雷达的系统构成

常见机载激光雷达系统通常由激光发射器，光学系统,

接收器,GPS/DGPS,IMU（惯性测量单元），飞行计划和管理

系统，数据采集和存储系统等部分组成。

1.3机载激光雷达数据

机载激光雷达数据通常包括激光点云数据、回波强度图

像数据。另外，为了便于对激光点云数据开展处理和应用，

目前大多数的机载激光雷达系统中都集成有高分辨率航空

数码相机，因此，航空数码影像数据亦可看作是机载激光雷

达数据集的一部分。

2机载激光雷达数据获取及预处理

2.1飞行区域确实定

机载激光雷达测量工作与传统航空摄影测量类似，需要

开展大量前期设计规划工作。在前期工作中，设计人员已根

据卫星影像、历史数据及实地初步核实结果，确定了管道中

线初步方案，以中线方案作为激光雷达航空摄影测量区域中

线，以中线两侧各1km范围为飞行区域。

2.2数据获取

本实验中采用有人飞行平台，搭载LeicaALS70机载激

光雷达系统，落配LeicaADS80航空数码相机，采用

LeicaMissionPro开展飞行计划的编排评估，采用

LeicaFlightPro开展飞行控制，并根据飞行计划向国家有关

部门开展了空域申请的工作。整个数据获取工作历时2个月，

获取了整个测区原始激光波形数据、航片数据、GPS观测数

据和IMU姿态数据，为后续数据处理打下了坚实的根底。

2.3数据预处理

激光点云数据的预处理工作，是后续数据处理工作的根

底。预处理的目的是将机载激光雷达系统获取的原始波形数

据，通过检校场检校数据、结合GPS观测数据和IMU瞬时姿

态数据开展联合解算，获得点云数据，并以交换格式开展存

储的过程。在本实验中，还存在航空数码相机获取的航片数

据，同样需要开展预处理。航空数码相机与激光雷达系统使

用同源的检校数据、GSP观测数据和IMU瞬时姿态数据，采

用相机自带软件系统开展自动解算。

3激光点云数据处理

3.1点云数据的分割

激光雷达点云数据是以Las文件为存储和处理单元。由

于点云数据量非常大，而当前点云处理软件往往在容量上有

限制，因此在处理点云数据前，必须先对整个区域的激光点

云开展分块处理。以本实验为例，处理硬件为2GB大小内存，

能够同时处理500万点，在实际操作中，我们将分块大小设

置为每1平方公里一个块。在本实验中，使用的TerraPhoto

与TerraScan模块开展的自动分块。

3.2点云分类前预处理

分块后的点云数据在开展分类处理前，需要利用

TerraScan模块开展一系列预处理，将精度较低的点数据从

数据集中剔除，提高数据整体精度。（1）建立航迹线与点的

对应关系。利用TerraScan中自带的宏命令，将航迹线和点

开展对应。（2）建立自定义分类代码。TerraSolid系统内置

了一系列常用分类代码。根据具体应用也可对分类代码开展

增删和修改。本实验根据需求，重新定义了点云分类代码。

（3）剔除低精度数据。在点云模型中，存在每条航带中偏

离航迹线较远的点，由于这部分点变形较大，精度不高，所

以需要在预处理中开展剔除。

3.3点云数据分类

激光点云数据的分类又称为滤波，是点云模型处理中最

核心的操作，其目的是将看似散乱无章的点云数据模型，通

过数学算法和人工判读，按照规则开展分离，从而识别地面、

建筑、植被、水面等不同地物对象。针对点云模型的自动滤

波分类，已有较多的成熟算法，但在实际应用中，自动滤波

还存在一定问题，需要辅以人工分类。

3.2.1自动滤波

在TerraScan中内置了一系列算法，主要基于成熟度最

高的形态学和坡度的滤波方法，能够完成50%以上的工作。

（1）识别并剔除异常离散点。这些异常离散点是明显脱离

整个模型的点数据，一般是数据获取和预处理时，由于软硬

件系统及周围环境造成的异常数据，（2）识别地面点。剔除

异常离散点后，局部最低点可认为是点云模型中的地面点和

建筑表面点。（3）识别植被点。该步骤是将植被点从Default

层点云中分类出来，并可根据需要将植被点进一步分类为高、

中、低三种类型的植被点。

3.2.2人工分类

（1）制作快速正射影像。在人工分类之前，必须先生

产快速正射影像，作为人工分类参考底图。快速正射影像的

生成主要包括以下几个步骤：1）模型关键点

（ModelKeyPoints）的生成。生成关键点后，再将模型关键

点合并回地面点，以免影响后续操作;2）快速正射影像生成。

该步骤主要使用TerraTscan和TPhoto模块开展自动开展快

速正射影像的生产。

3.4DEM生产

点云分类完成后，可利用TerraScan的导出功能开展DEM

生产。在导出窗口中设置DEM间隔、坐标系统和导出文件格

式后，可按照点云分块导出DEM,也可利用软件宏批量导出

DEMo至此，基于激光雷达点云数据的DEM生产完成。

3.5D0M、DLG数据的生产

基于激光点云的高精度的DEM生产完成后，可采用传统

正射影像生产流程开展D