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机载LiDAR技术在滩涂地形图生产中的应用

作者:飞燕遥感 发布日期:2018-06-21 00:00 浏览量:381

  1、 前言

  滩涂是海岸带平均高潮线与平均低潮线之间向海洋和缓倾斜的滩面,由淤泥质或沙质河海沉积物组成,其滩涂为海岸带的重要组成部分。浙江沿海滩涂大部分为淤泥质平原海岸带,滩地比较开阔。滩涂会随着潮汐周期的变化和水位的升降交替性变化,区域内难以布置有效测图控制点,又因为滩涂地势较为平坦, 滩涂影像较为单一,立体模型测标点对贴近滩涂面不敏感,等高线走向较难把握。沿用传统的航空摄影测量手段很难获得精确的海岸带地理信息。


  机载激光雷达Lidar是一种安装在飞机上的机载激光探测和测距系统,是集激光扫描仪(Scanner)、全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术于一体的空间测量技术,能够快速、准确地获取地表三维空间信息。无需大量的地面控制点,却能够获取到海岸带滩涂地理信息。同时将获取的Lidar激光点云数据经过内业数据处理与编辑,最终能得到滩涂的DSM、DEM、DOM、DLG等地形图产品。


  2、 滩涂地形图生产

  2.1 滩涂地形图生产流程

  滩涂数字线划图生产范围是海岸线到理论深度0米之间的带状区域。利用机载Lidar技术生产滩涂地形图主要是通过获取的点云数据,在TerraSolid中进行滤波分类,生成数字高程模型DEM,并结合数字正射影像图DOM 在Microstation V8环境下进行海部要素的提取和采集,再经过调绘核查,内外业一体化生产方式编辑成图。滩涂地形图还需与海岸线上的基础测绘地形图和理论深度0米以下的水下地形图进行无缝衔接。综合利用现代测绘技术与信息,构建滩涂海岸带的现代测绘技术体系,实现海、陆地理信息一体化。


  2.2 海岸线位置确立

  海岸线是指平均大潮高潮位的水陆分界线,也是海洋与陆地的分界线。海岸线是基础地理信息的重要数据,在滩涂DLG生产中,海岸线位置的确立是一个很关键的工作。滩涂地形图的海岸线是以最新基础测绘1∶10000为基础,海岸线发生变化部分利用了Lidar点云成果,以岸线理论高程值(如杭州湾3.2米)生成高程等值线结合DOM影像痕迹线进行人工海岸线、自然海岸线、河口海岸线位置精化。海岸线与内陆河流的具体分界点参照我省大陆海岸线测量成果,原则上以水闸、桥或河口作为分界点,保持海岸线空间形态特征。

  新增的人工岸线按点云生成等值线与新增码头、无滩加固岸等DOM影像及点云生成模型套和采集海岸线,确保海岸线采集精度。

  海岸线的线面必须保持一致性,海域面的边缘线与海岸线、河口岸线重合构面。滩涂线与海岸线重叠进行滩涂构面,DLG叠加DOM显示的滩涂海岸带。


  2.3 码头与海岸线要素关系

  港口是海岸带最重要的人工设施,浙江沿海经济发达,拥有众多港口、码头。机载Lidar技术扫描的点云数据除了三维坐标,还具有反射强度信息,它能反映出地表物体对激光的作用信息,一般堤坝、码头都是由石沙、混凝土等构筑,因而堤坝、码头反射率较其周围地物要高,在点云数据滤波分类时保留防洪堤、调节闸这些地物顶部的点云数据,便于滩涂地形图地理要素的采集。激光点云能完整呈现地物地貌的细节,因此数据的采集可通过纹理、形态、颜色解译判读,确认防洪堤、码头等水工建筑要素和位置。

  码头与人工岸线在图形结构上是组合关系,由于码头类型不同,在图形与要素间关系的处理上与基础测绘地形图一致,固定顺岸式码头、固定堤坝式码头是沿人工岸线或由陆地延伸到海域中的码头,码头符号按其形状用相应要素线沿人工岸线重合表示;栈桥式、浮码头是由架空建筑物从陆地向海域延伸并架空于海面上的码头,码头符号按其形状用相应要素线表示,靠岸部分要素线与人工岸线重合,符号其余部分叠加在海面上。


  2.4 滩涂要素表达

  滩涂是海岸带的重要组成部分,是海岸线与理论低潮界之间的潮浸地带,高潮时被海水淹没,低潮时露出。滩涂可分为泥滩、岩滩、沙滩,滩涂性质依据最新基础测绘1∶10000资料和DOM影像内业进行判读确定,滩涂要素用相应的填充符号以面状表示,范围由海岸线与理论深度0米线进行构面,当依比例尺的干出礁在滩涂上时,干出滩面镂空,面、线重合表示。


  2.5 等高线与高程点要素的提取

  由于Lidar技术没有三维立体测图环境,滩涂等高线成果是利用已滤波、分类好的地面点成果数据,结合带有高程信息的特征线就可在TerraSolid的TerraScan与TerraModerler模块完成粗DEM生产,精细的DEM需要在ArcToolbox中3D Analyst Tools\Raster Surface\Contour List中处理,然后获得等高线。由于Lidar点云密度较大,生成等高线节点过密,局部等高线会出现紊乱,产生小毛刺以及多余封闭曲线等问题。因此需要套合DOM影像,根据地形地貌形态,剔除多余封闭曲线,并对等高线进行修饰、圆滑处理,从而得到美观无冗余数据等高线成果。

  滩涂高程点成果是利用TerraSolid软件TerraModeler模块中相关功能,从点云数据中提取高程注记点。高程注记点密度为10~20点/平方千米。提取的高程点和等高线在MicroStation V8环境下进行点线矛盾检测与修改。等高线及高程点提取效果图如图2。


  2.6 成果一致性

  由于机载Lidar获取的点云坐标是在WGS-84坐标系下建立的,而我们需要的是CGCS2000坐标,因此需要进行坐标转换。

  一是通过TerraSolid软件对点云进行平面和高程系统的转换,将WGS84系统的UTM投影的平面坐标,转换为2000国家大地坐标系统的高斯投影平面坐标;将WGS84系统的大地高,通过应用浙江省似大地水准面数据转换为1985高程基准的正常高,实现Lidar测高数据的坐标转换和高程转换。

  其次将基础测绘1∶10000数字线划图作为生产的基础底图,保证滩涂地形图与基础测绘1:10000图无缝拼接。滩涂地形图所表示的点、线、面要素分类代码统一采用标准DB33/T 817-2010(浙江省《基础地理信息要素分类与图形表达代码》的要求执行。

  采用投影转换、坐标变换等方式实现Lidar的点云数据与基础测绘1∶10000成果一致,通过几何位置融合消除了海岸线位置上的差异。浙江首次利用机载Lidar技术生产的滩涂地形图,经质检部门检查验收合格,良级品率达到83%。


  3、 结语

  浙江沿海地形复杂,海岸带狭长,滩涂宽度不一,滩涂大部分为淤泥质,对外部干扰敏感,具有自然的空间动态迁移特性。传统的航测手段很难获得精确的滩涂地理信息。因此滩涂地形图生产关键技术在于采用了机载激光Lidar技术,IMU/DGPS导航技术,解决了传统航测必需在测图区域布设一定数量控制点而实际人员难以到达的难题。其次运用了连续运行参考站卫星定位综合服务系统和似大地水准面精化成果,减少滩涂和海岛礁成图高程获取的外业工作量。

  利用机载Lidar技术进行滩涂地形图生产具有明显优势,不仅突破传统航测作业的瓶颈,而且提高了测绘成果精度,为滩涂的地形图生产提供了新的测绘技术手段。


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