1 机载雷达测量系统简介
机载激光雷达是将激光雷达搭载在飞机上进行数据采集的。机载平台包括无人机和有人驾驶的飞机，目前工程中应用较广泛的是无人机激光雷达测量系统，具有结构设计美观、集成化和自动化程度高、机身小巧易携带作业等优势，适合多种地形测绘、地籍测量项目。机载激光雷达系统示意图如图1所示。
图1 机载激光雷达系统示意图
1.1 测试仪器
（1）无人机。在水利水电测绘中应用到无人机系统设备，这种无人机体现技术工艺集成化的效果，同时将飞行控制系统融合在其中，提升无人机系统的飞行稳定性，也为无人机执行飞行任务提供了良好的续航能力。无人机执行水利水电测绘时能够保持上佳状态，有效抵御测绘环境中可能存在的巨大风力影响。当前野外航拍、水利、环保测绘等工作中大量应用到无人机测绘技术，方便现场开展测绘活动。
（2）激光雷达系统。激光雷达系统是以激光为信号源主动发射出脉冲激光束，当激光发射至地面不同地物上引起散射，其中一部分回波至激光雷达接收器，根据激光测距原理可以计算出地面目标点至激光雷达之间的距离。在植被覆盖度较高的地区，激光可在一定程度上穿透植被获取地面点云。激光雷达通过对地面的不断扫描，获取海量的点云数据，这些点云数据存储了地面目标点的三维坐标信息，通过成像处理获取精确的三维立体模型。
（3）点云测图系统。水利水电测绘中对于矢量数据的采集和获取通过点云测图系统实现，具体来讲则是利用 Lidar 数据，并对这种数据进行切割分类等处理，获取的数据矢量要素更有参考价值。在房地一体测绘中需要完成较多地籍测绘任务，另外在水利、林业等行业的测绘活动中可以充分应用点云测图系统。
1.2 测绘流程
开展水利水电测绘活动需要遵守一定的测绘流程，在确定水利水电测绘技术的基础上设计测绘流程。首先确定测绘范围，此后设计无人机航线并选择基站位置；利用机载雷达开始扫描工作，获取现场点云数据后，对点云数据进行解析计算，纠正点云数据中的偏差之处。后续步骤是三维建模，对于点云数据解算质量进行验证，验证通过后提交解算结果，验证不通过则需要进行修改直到验证通过。
2 数据获取
2.1工程简介
根据某省某水库工程项目需求，对项目区进行1:1000地形图制作工作。该项目区地形复杂，测区地物包括密林、沟渠、房屋、道路、梯田、池塘等，上、下高差达200m。采用传统无人机摄影测量方法，植被覆盖度高的地区难以获得地面准确数据资料，为满足工程项目需求，采用机载雷达作业方式进行项目区内数据采集。
2.2数据采集
本次因为测区地势高低起伏明显且无大面积无人机起降区域供选，所以选择多旋翼无人机搭载设备进行作业。综合考虑测区范围、地形地貌、续航时间和成图精度等因素，对航高、续航速度、激光发射频率等参数进行综合设定。主要采集过程包括以下步骤：（1）设备安装调试。主要包括无人机组装、激光雷达搭载等设备的安装调试工作，应注意激光镜头的朝向并确保安装螺丝稳固。（2）基站架设。将基站架设在已知的地面控制点上，并设定基站模式和采样间隔的设置，基站在无人机数据采集前10-15 min 开启记录模式。（3）仪器设置。主要包括网络 IP 设置和设备的连接，注意 POS 数据记录一般在锁定卫星数大于8颗后开启记录模式。（4）参数设定。主要包括飞行高度、航带间隔以及扫描频率。（5）飞行作业。参数设置完毕后，待参数初始化完成，先做静态初始化，再做动态初始化，设置相机拍照间隔，即开始采集激光数据。
3数据处理
对原始数据进行解码，获取GPS数据、IMU 数据与激光测距数据等。将获取的GPS数据、IMU 数据、地面基站观测数据、飞行记录数据、激光测距数据进行整理，生成满足精度要求的点云结果。（1）轨迹解算。利用后处理软件Inertial Explorer（IE）对基站数据、移动站数据、IMU 数据进行格式转换并导出 POS文件。（2）点云融合。设置相应的导航参数、激光参数、惯导参 数，根据项目需求将点云数据进行融合、抽稀、分割。（3）点云纠偏。检测检验点云数据是否存在扭曲现象，确定合格后进行同名点调整，纠正。（4）坐标转换。利用七参数或四参数法将生产数据转换到所需坐标系范围内。（5）植被剔除。生成的点云数据利用Terra Solid三维点云处理软件进行点云分类，将植被、房屋、独立地物等信息进行提取分类，生成 DEM 数据。利用 EPS 等测图软件进行1:1000地形图制作。
4 精度分析
为检验机载激光雷达测图系统产品质量，将点云数据与RTK 采集数据进行对比分析，分别选取道路、山地、水田、居民地等不同地区进行高程精度统计分析。计算高程中误差。即 ：
（1）
式中 ：M为中误差，m；∆为检查点的不符值，m；n为检查点个数。统计结果见表1。分析可知，检查点中，高程误差最大为0.31m，检测点位于山地区域，此处植被覆盖率较高。在道路、居民地、旱地等区域误差均小于0.1m，误差满足规范要求。
表1 高程误差分析 m
平均误差 最大误差 中误差 |
0.09 0.19 0.06 0.09 0.31 0.09 0.12 0.24 0.07 0.08 0.17 0.05 0.09 0.31 0.07 |
数据生产用时3d，1:1000地形图面积2km2。与人工实测作业进行效率对比，提高了约3倍。植被覆盖率高，地势险要地区均能得到可靠数据，此处人员难以到达，机载激光雷达作业方式优势尤为明显。
5结束语
综上所述，机载激光雷达技术是新兴的测绘技术，全天候作业、成果丰富、作业效率高、成果精度高等优势使得该技术在水利工程测绘领域得到了较好的应用。虽然机载激光雷达目前在实践中仍有不足之处，但随着技术的进步和硬件设备的完善，该技术仍有很大的发展潜力，特别是在多源数据获取和处理、多样数据生产等方面，以及水利行业的河道监管、防汛抗旱、水土保持监管、抢险救灾等多个领域具有很好的应用前景。本文通过对机载激光雷达的技术原理、技术特点和应用优势进行详细介绍和对比分析，以期为该技术在水利行业或其他领域的推广和应用提供参考。
参考文献：
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