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实现海图快速更新的可行性探讨□陈家荣摘要：基于LIDAR的海图更新技术的基本原理、关键技术和测绘优势，对综合运用广东省精化大地水准面成果、广东省连续运行参考站卫星定位综合服务系统（GDCORS）以及数字计算机技术等进行LIDAR数据、影像数据处理，实现海图快速更新的可行性探讨关键词：海事空巡 LIDAR系统 机载测量 海图更新 事故调查21世纪，卫星导航定位、遥感技术在测绘活动中发挥着越来越显著的作用卫星导航定位技术的发展使空间定位从静态扩展到动态，定位精度大大提高；航空遥感技术的进步提供了快速获取信息的手段，地理信息的现势性不断增强由于广东沿海区域内难以布置有效控制点等特点，使得通过传统的航测手段很难获得精确的地理信息资料因此，使用全新的技术手段，对广东沿海进行系统的基础地理信息资料收集，摸清沿海地形地貌的变化，有效地对基础海图进行补充，使其提高准确性、完整性，具有权威性有着特别重要的意义目前，中国海事（南海海域）的空巡已迈入规范化、制度化阶段，固定翼飞机每月空巡2次，每次飞行约4小时；直升飞机每月空巡6次，每次飞行约3小时结合海事空巡的时机，利用机载LIDAR测量技术进行海事测绘,实现海图的快速更新已成为可能。

1 机载LIDAR（LIGHT DETECTION AND RANGING）简介机载LIDAR（LIGHT DETECTION AND RANGING）系统是一种主动式对地观测系统，是20世纪90年代初投入使用的一门新兴技术，该系统在三维空间信息的实时获取方面产生了重大突破，为获取高时空分辨率地球空间信息提供了一种全新的技术手段LIDAR系统集激光测距技术、计算机技术、惯性测量装置（IMU）／DGPS差分定位技术于一体，通过激光雷达传感器发射的激光脉冲经地面发射后被LIDAR系统接收，能直接获取高精度三维地表地形数据，是对传统摄影测量技术的重要技术补充机载LIDAR系统与其他遥感技术相比具有自动化程度高、受天气影响小、数据生产周期短、精度高等特点，是目前最先进的能实时获取地形表面三维空间信息和影像的航空遥感系统机载LIDAR系统在国外的发展和应用已有十几年的历史，但是我国在这方面的研究和应用还只是刚刚起步，该系统主要在需要高密度、高精度测量和需要快速反应的应用领域如自然灾害和带状地物监测等方面具有重大作用，在地形测绘、海洋测绘、环境监测、三维城市建模等诸多领域具有广泛的发展前途目前，Leica ALS50-II机载激光扫描系统是比较成熟的系统之一。

2 机载LIDAR工作原理在空巡飞机上，将LIDAR系统安装于航空平台上，通过测量飞机的空间位置与姿态，以及飞机对地距离和扫描角度，得出地面扫描点的位置坐标飞机的空间位置由GPS确定，姿态由惯性测量单元确定，飞机对地距离由激光信号发射与接收时间来确定由此得出DTM，而接收激光信号强弱则可得到地表分类信息LIDAR系统强调的实时高精度定位定姿数据技术、LIDAR数据预处理技术以及LIDAR数据与航空摄影数据融合技术是高精度遥感定位综合系统的关键技术，也是系统与传统胶片航摄、数字航摄的差别体现系统所配备的高精度定位与定向系统（POS／IMU）能够精确测量并记录激光脉冲发射和接收时机载平台瞬时位置和姿态，与地面基准站（连续运行参考站）所采集数据配合进行数据的后处理解算即可获得定位和定向成果3 机载LIDAR系统组成机载LIDAR系统采集原始数据，配合连续运行参考站卫星定位综合服务系统，实现DGPS相位差分测量定位，系统主要由以下三部分组成：（1）激光扫描测距系统：用于测量传感器到地面点的距离； （2）惯性定位及定向系统：获取扫描投影中心的空间位置以及扫描装置主光轴的空间姿态参数；（3）彩色航空数码相机：用于获取对应地面的彩色数码航空影像，可用于制作正射影像。

4 机载LIDAR系统采用关键技术（1）激光扫描测距系统激光测距技术利用激光单色性好、方向性强、能量高、光束窄等特点，实现高精度的计量和检测，如测量长度、距离、速度、角度等激光扫描测距技术是随空间点阵扫描技术和激光无发射目标长距离快速测距技术发展而产生的一项新测绘技术激光扫描仪是LIDAR的核心，主要由激光发射器、接收器、时间间隔测量装置、传动装置等部分组成（见图1）图1 激光扫描仪测距原理示意图（2）惯性定位及定向系统惯性定位及定向系统由两部分组成：①惯性导航系统：自主式的空间基准保持系统，主要是惯性测量装置（IMU），它可以获取机载LIDAR的姿态信息②DGPS：机载LIDAR采用动态载波相位差分GPS系统，利用连续运行卫星定位服务系统提供的载波相位差分数据进行后差分处理，使其定位精度达到厘米级IMU与DGPS在功能上进行有效的互补，这样就可以得到高精度的位置、速率和姿态数据，为地面点的三维定位提供高精度的基准3）彩色航空数码相机LIDAR直接获取点位三维坐标的功能提供了位置信息，却忽略了对象特征其他信息，如光谱信息利用高分辨率的数码相机获取地面的地物地貌真彩色或红外数字影像信息，可以弥补这方面的不足。

4）连续运行卫星定位服务系统（CORS）连续运行卫星定位服务系统是建立于现代计算机网络技术、网络化实时定位服务技术、现代移动通信技术基础之上的大型城市定位与导航综合服务网络，是城市“空间数据基础设施”的最为重要的组成部分，也是数字城市多种空间数据采集的基准参考框架，是现代化城市获取和采集各类空间信息的位置、时间和与此相关的动态变化的一种基础设施该系统是由分布于整个区域内的若干卫星基准站、系统控制中心、发播系统、用户应用系统等组成，各种数据服务通过各种无线或有线公众数据网络完成（如因特网、通讯网及广播网等）由于其服务方式符合国际标准，因此整个地区及邻近海域内的不同用户都可使用其数据服务，完成各种精密定位、快速和实时定位、导航等工作5 机载LIDAR系统的工作流程机载LIDAR系统的工作流程主要分为3个步骤：航摄设计、数据采集、数据处理，具体工作流程如图2所示 图2 6 机载LIDAR系统的优势（1）主动发射激光脉冲，不受太阳高度角和阴影的影响，从而大大提高了数据采集的质量；（2）直接获取每个点的三维坐标信息，其高程精度不受航高限制，最高可达15 cm，比常规摄影测量更具优越性；（3）最新的ALS50-II设计测量精确与脉冲频率无关，只与飞行高度有关，机型和飞行高度不再受到限制，飞行高度范围从200 m至6000 m，更适用于大面积绘制地图；（4）通过采集单／多层反射密度影像资料，数据密度可达到常规摄影测量的3倍，直接获得DEM和DOM，高精度的DEM大大提高了正射影响纠正精度；（5）大量减少野外控制工作量；（6）70%以上的数据后处理工作由高自动化软件承担，大大缩短数据采集和处理时间；（7）产品多样化，可以直接与其他类型要素或影像数据合并，迅速生产出各种专题地图产品；（8）全数码航空测量系统，无需像片冲印；（9）与传统航测相比具有精度高、生产周期短、成本低的特点。

7 机载LIDAR系统在海图更新上的应用特点（1）实现无地面控制测图基于连续运行参考站卫星定位综合服务系统（CORS）的惯性定位及定向系统与数字航空摄影系统的紧密组合，实现无控制地形测绘2）填补难测区高精度测图技术与手段的空白3）高精度的高程测量运用机载LIDAR技术和精化大地水准面成果相结合，实现直接利用测量数据替代水准高程测量而满足制作1：10000比例尺海图高程测量精度4）高效的综合数据处理技术整套的数据获取与综合处理技术，不仅突破传统航测作业的瓶颈，具有以极低的成本实现极高的作业效率，而且测量成果的精度和可靠性明显提高，实现技术集成创新，并具有显著的经济效益5）参考DOM、DEM、等高线和高程注记点数据进行道路、居民地、水系以及植被等地要素信息的综合提取，速度快、效率高6）及时的地貌更新航运经济的发展，港口建设也随之频繁，而搭载LIDAR的海事空巡能够及时捕获海岸变化的测量数据，实现海图的及时更新7）大大地节约测量成本机载测量是一项成本昂贵的测量，而结合海事空巡的时机进行海事测绘，就大大地节约测量成本此外，搭载了LIDAR系统的空巡飞机，在对海难事故的调查与监测中，能够连续地获取事故过程的阶段性数据，能够实现事故过程的三维模拟。

通过对事故现场的虚拟，能够最大限度地了解事故的发展过程，对事故进行正确评估，这对海上事故的预防及事故后所采取的措施的正确评估都有着重要的作用8 结束语结合海事空巡，充分应用LIDAR技术，及时获取地形（覆盖至水深）的变化，实现海图的快速更新，这将是海事测绘技术发展的新方向■（作者单位 广东海事局海测大队）参考文献：[1] 史照良，曹敏. 基于LIDAR技术的海岛礁滩涂测绘研究.测绘通报，2007.[2] 陈松尧，程新文. 机载LIDAR系统原理及应用综述.测绘工程，2007.[3] 罗志清，等. 机载LID.信息技术，2007.。