云南地质工程勘察设计研究院 云南昆明 650041
摘要：在我国地理信息产业快速普及、不断发展的大背景下，遥感技术的发展空间日益广阔，传统的遥感技术正经受着严峻的挑战与考验。行业工作者只有对传统作业工具、作业手段与作业方法进行创新与改良，才能够满足日益变化的测水工环地质勘察需求，在实际工程中大胆应用新技术与新理论，进而实现经济效益与社会效益两方面的提升。
关键词：遥感技术；水工环地质勘察；实际应用
水工环地质勘察的目的是改造自然，需要事先了解自然，是获取相关信息与图文资料的重要手段，是一项推动国民经济的重要工作。新形势下的水工环地质勘察工作对勘察所得文字资料、图文资料的精度提出了越来越高的要求，勘察过程中所使用的应用软件、计算工具与仪器设备也在不断更新中，勘察行业也开始越来越广泛地应用更加先进的遥感设备。水工环地质勘察领域中的传统内业成图技术、数据处理技术与作业方法也开始受到了新设备与新技术的冲击，在长期的变革过程中许多不符合要求的作业方法开始接受改良或被淘汰。呈现出操作人性化、数据处理智能化、设备精度高等发展趋势[1]。新形势下的水工环地质勘查工作经开始应用全站仪与RTK的联合操作技术，其根本目的在于推动测量结合的全面数据化，采用这各测绘模式即有利于测绘工程效率与精度的提升，同时也能够降低现场技术人员的工作强度，为数字成果的大范围推广奠定了良好的基础。
1机载LiDAR技术
1.1机载LiDAR技术概述
随着遥感技术与卫星导航定位技术的不断发展，LiDAR技术也得到了广泛的应用。机载LiDAR系统能够自动连续获取数据，观测精度大幅提升，能够精确描述建筑物的构造、道路的边缘以及地形的起伏，可广泛应用于数字城市以及智慧地球等领域。建筑物提取和点云数据的滤波是最为关键了机载LiDAR数据处理步骤[2]。针对点云数据所进行的处理，其主要目的在于以离散的点云为原料，将地面与地物信息提取出来，为城市规划以及道路管理等方面的工作提供数据资源。
1.1.1工作原理
LiDAR系统以飞机为观测平台，以激光扫描测距系统为传感器，采集地表物体信息。在离散点云数据的基础上，结合卫星基准站系统进行定位。当前我国已有连续运行的基准站4000多个。
以往所采用的遥感测量技术通常是通过真实地表控制点或二维影像的立体像解算出X0、Y0、Z0、α、ω、к等外方位元素，定位坐标点。作为一种主动式遥感手段，LiDAR系统以激光为媒介，通过边角测量原理对激光发射器与被测目标点之间的距离进行测量。同时结合IME和GPS的技术支持，输出测量载体的姿态和位置。
1.1.2数据处理流程
机载LiDAR采用如图1-1所示的数据处理流程。
图 0 1 机载LiDAR数据处理流程
机载LiDAR涉及到多层面、多角度的数据处理，主要有三维重建、粗差剔除、三维脚点坐标计算、坐标系统转化以及INS等。
1.2机载LiDAR数据的滤波
1.2.1波滤技术
相邻的两个点间会体现出一定的高程突变，这也是最基本的滤波技术应用原理，而地形的陡然起伏并非引发该现象的原因，造成突变较高的位置更加有可能会出现于某种地物目标上[3]。假设地形的陡然起伏是引发该现象的原因，那么不同地物在同一范围中，同样会体现出完全不同的表现方式。如图1所示，陡坎只在单独方向体现出由突变所形成的高程，而建筑物所形成的高程体现在四个不同的方向，同时也会形成阶路边界。
图1 由房屋与陡坎所引发的调和突变
1.2.2经典滤波方法
（1）数学形态学滤波算法
数学形态学滤波算法所使用的平台为移动窗口，认定窗口最小高程点，只要在规定阈值内，即使高程大于该点，也可认定为地面数据点。结合各移动窗口能够对相应的权进行设定。在多个窗口中借助所提出的算法反复进行处理，依照不同的权在这些大小不一的窗口中借助内插法输出DEM。
（2）移动窗口内的滤波算法
认定某个移动窗口，经过持续性地最低点识别能够初步建立起一个地形模型，结合现有的模型结果将大于现有阈的点全部剔除，采用这种方法所得到的DEM精度更高。循环操作以上流程，即使对于持续变小的窗口也不忽视。移动窗口尺寸与给定阈值均一定程度上会影响到最终的结果。如何对过滤参数进行精确的设置通常取决于测区内的状况，不同地形所对应的参数值各不相同，这也实现过滤的基础。
（3）迭代线性的最小二乘内插算法
数据的滤波与DEM内插同时进行，在完成内插操作后，调和值不同的各数据点会体现出一定的拟合残差，在进而上数据点低于地表物体时，均表现为偏大的正值，需要通过迭代运算对数据进行处理[4]。经过观测并得到所有激光脚点高程数据后，结合等权计算出曲面模型，即介于覆盖面和真实地面的曲面，DTM在经过拟合后会得到小于0的残差值。各点的高程观测值可借助上述残差定权。定权示意图如图2所示。
图2 定权示意图
该滤波方法可以在较优地形趋势面的支持下，输出高质量的地表面模型。常规算法通常比较适用于输出稀疏林式的DTM或DEM。而错综复杂的山林地形很难通过常规手段大范围、高精度地输出DEM。另外，扫描光束会身空植被间隙，经过反射后会再次进入系统，借此可以大量采集地表数据点。
2.GPS与RTK技术
GPS在国内有着已经得到了非常广泛的应用，已经扩展到各种不同的领域，企业单位与政府机构也越来越重视城市项目建设中GPS的应用。我国早在上世纪90年代就开始推广RTK技术，随着理论研究与实践应用的不断深入，发展前景日益广阔，技术应用日趋成熟。然而RTK技术在具体应用实践过程中也体现出了一定的局限性。由于传统RTK技术以流动站和基准站的误差为基础，假定在短距离内基准站和流动站的电离层延迟，对流层的延迟过程与它的轨道偏差等多种偏差相同，则流动站与基准站之间的距离将会对结果的准确性造成影响，为保证定位结果的准确性需要接近二者之间的距离，进而达到“零误差”的要求。而在我国信息技术与计算机技术不断进步的过程中，RTK技术的应用了突破了一部分局限性，即将参考站网络、数据处理中心、数据通信电路结合起来并建立起网络RTK，将双频全波长GPS接收机内置于参考网站中，可以进一步提升RTK技术的准确性水平，基于不同的时间长度与坐标轴，通过GPS静态相对定位法实现精准定位[5]。尤其是在野外测量工作中，运用RTK技术能够持续性地计算出定位的结果与精度，实现24小时不间断测量，因此RTK技术在测绘领域中的应用场景也十分广阔。
3结束语
对于当前我国的城镇化建设来说，水工环地质勘查是一项至关重要的工作，对于遥感技术的应用水平也提出了越来越高的要求。因此，有关部门应当进一步加强对于遥感技术的研究与创新，不断提升水工环地质勘察数据精度，做好水工环地质勘查的技术储备工作，为我国的城镇化建设创造良好的技术条件。
参考文献：
[1]宋宝业.水工环地质勘察及遥感技术在地质工作中的实践[J].世界有色金属，2018，04：194-195.
[2]朱鲜花.矿区水工环地质勘察关键技术研究[J].世界有色金属，2018，11：163-164.
[3]王君权.水工环地质勘查及遥感技术在地质工作中的实践[J].世界有色金属，2018，24：180-181.
[4]王洋.基于环境保护分析水工环地质勘察工作方案[J].世界有色金属，2017，11：233-234.
[5]赵和富.关于提高水工环地质勘察工作水平的策略探讨[J].低碳世界，2016，25：97-98.
论文作者:杨春发
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/6/21
标签：水工论文; 技术论文; 遥感论文; 地质论文; 高程论文; 数据处理论文; 数据论文; 《防护工程》2019年第6期论文;