吴佳强

摘要：随着激光雷达技术体系的逐渐发展，在测绘工程领域发展中对于激光雷达技术的应用，成为了测绘工程的新型测绘技术。随着激光雷达测绘技术的发展，基于机载激光雷达技术的城市三维数据建设研究对于新时期的城市建设有着重要的推动意义。本文对基于机载激光雷达技术的城市三维数据建设的基本原理展开分析，提出其技术流程，并对其城市三维数据建设的具体内容加以总结，以推动激光雷达测绘技术的发展。

关键词：基于机载激光雷达技术;城市三维数据建设;原理;技术流程

随着我国数字化产业的逐渐发展，数字城市建设成为城市建设发展的重要内容，这就离不开对城市的三维数据建设研究，以不断提升城市三维数据建设的精准性和科学性。而机载激光雷达技术在测绘工程领域的逐渐普及与应用就为城市三维数据的精准建设奠定了新技术基础，对于城市三维数据建设工作的发展有着积极推动意义。

一、基于机载激光雷达技术在城市三维数据建设中应用的意义

现代城市建设发展中，数字城市建设是智能化城市构建发展的重要基础，是提升城市居民生活品质的必然途径。而在数字化城市的建设实践中，对于城市三维数据建设与应用就是其核心内容。而基于机载激光雷达技术在城市三维数据建设中的应用，就有着重要意义：首先，能够提升城市三维数据建设的精准性。基于机载激光雷达技术作为当前世界上最先进的测绘技术体系，其通过激光点云数据获取的技术方式，配合雷达设备系统，就能够实现对城市三维数据的精准扫描，并通过距离传感系统实现对城市建筑物体表面数据信息的采集。通过基于机载激光雷达技术，就能够全面提升城市三维数据建设的精准性，为数字城市建设提供高精度的城市三维数据支持。其次，能够提升城市三维数据建设实效。相较于城市三维数据建设中传统的测绘技术，基于机载激光雷达技术具有高效性的基本特征，通过其激光技术系统、计算机技术体系及其高动态载体姿态测定技术，就能够实现对城市三维数据的高效建设并建立城市三维数据模型。

二、基于机载激光雷达技术在城市三维数据建设中应用的原理

基于机载激光雷达技术的城市三维数据建设中，是以激光扫描点云数据采集的技术方式来实现的，而对激光扫描点云数据采集的技术原理就是其在城市三维数据建设中应用的基本原理。在基于机载激光雷达技术对城市三维数据的采集过程中，激光扫描计算系统中的模型以三维状态实现，将其模型定为S，其中的向量数据分别定义如下：方向向量为（φ，ω，κ，θ），测出激光扫描的起点Os坐标为（Xs，Ys，Zs），则向量的另一端点T（X，Y，Z）可以确定为唯一值。外方位元素（Xs，Ys，Zs）由动态查分GPS进行确定，角元素（φ，ω，κ，θ）由IMU进行确定[2]。在激光扫描过程中，地表面到激光扫描设备的距离S由系统进行测定，扫描方向与模型的z轴夹角θ由激光扫描仪的编码系统间隔现实，以此实现对点云数据三维坐标数据的采集，这也是基于机载激光雷达技术的城市三维数据建设中应用的技术原理。

三、基于机载激光雷达技术在城市三维数据建设中应用的技术流程

基于机载激光雷达技术在城市三维数据采集建设的实际应用中，其技术流程分为三个作业阶段，具体如下所示：

第一阶段，点云数据采集及处理分类。基于机载激光雷达技术的城市三维数据建设中，首要的技术流程就是以激光扫描技术对城市的基本三维数据信息进行采集，也就是激光扫描点云数据[3]。经过上述的技术流程处理后，得到的城市点云数据需要经过激光雷达技术系统的数据预处理以及数据分类，为后续的作业流程开展奠定基础。第二阶段，影响空三加密处理。在激光扫描点云数据预处理与分类后，就需要对预处理的原始影像数据信息进行空三加密处理，也就是空中三角测量影像数据的加密处理。经过空三加密数据处理后，原始影像就能够生成数字正摄影像，也就是城市三维数据建设中的DOM数据。第三阶段就是将预处理后的点云数据与DOM制作城市建筑的三维数据模型以及数字高程模型，最终形成城市的三维数据信息。

在上述的三个作业阶段，第一阶段点云数据采集与处理分类是基于机载激光雷达技术的城市三维数据建设应用的核心所在，其处理流程较为复杂，包含了以下方面：

第一，航线统计。在基于机载激光雷达技术的城市三维数据建设中，需要通过地面的GPS系统的基准站以及机载的GPSD测量系统进行联合的差分计算，以实现对航线轨迹的导出。

第二，点云数据结算。这一过程中，需要联合POS数据和点云数据共同进行，生产激光扫描三维数据模型。

第三，异常数据和噪声处理。实际的测绘过程中，城市中的水环境会对激光扫描仪的激光产生吸收或者异常影响，导致实际测绘中激光测绘点没有明显回波信号反馈。因此，在点云数据的处理中，需要对异常数据以及扫描过程中的噪声数据进行处理。

第四，数据拼接与系统误差处理。在实际的扫描过程中，扫描数据需要通过拼接形成整体。而在数据拼接前，需要确定各航带的点云数据没受系统误差的影响，并保证相邻航带之间的同名点高程数据误差小于限定值。以此，实现对点云数据的无缝拼接，构架高精准的城市三维数据。

第五，数据分割处理。在对点云数据的使用工程中，为了提升其使用和管理的便捷性，需要按照1：1000的比例，将点云数据进行分割处理，每个图幅的数据为一个基本单元。

第六，坐标转换。在利用机载激光雷达技术进行城市三维数据建设时，动态定位所提供数据结果坐标需要转换到地方的坐标系下，并且在转换过程中，需要以测区均匀分布的控制点进行坐标转换参数计算，高程转换则以测区扫描测量的水准点进行拟合转换。

第七，数据分类。最后就是对点云数据的分类处理，包括了地面点、低植被点、高植被点和建筑物点，采用阶层式分类策略以人机结合的方式对点云进行分类。

四、基于机载激光雷达技术在城市三维数据建设中应用的具体内容

第一，DEM生成。基于机载激光雷达技术进行城市三维数据建设应用的主要内容就是进行DEM模型制作，其核心内容是对点云数据的地面点进行分类处理，通过DEM的渲染效果、剖面图判断等共同进行，实现对点云数据的去噪以及地面点云数据的分类，最终生产DEM。

第二，城市建筑三维模型生成。基于机载激光雷达技术进行城市三维数据建设应用中，其重要的内容之一就是进行城市建筑三维模型的生成，而这一过程需要结合点云数据、空三加密数据、原始航片、DOM数据以及城市地形数据信息等等。实际过程中，在机载激光雷达计算机软件系统之中生成城市建筑的屋面结构模型，然后根据原始影像采集的建筑结构形态以及建筑邻接关系进行人工调整，最终产生城市建筑结构的三维模型，然后通过3DMax软件进行模型的质量优化，生成最终的城市建筑结构三维模型。

结束语：

综上所述，基于机载激光雷达技术的城市三维数据建设对于数字城市建设发展具有重要意义，能夠有效提升城市三维数据采集处理的效率，并全面提升数据的精准性。在机载激光雷达技术的实际应用中，也需要注重对其技术流程的把握，以保证其应用效果。

参考文献：

[1] 姚娟， 周远舟. 基于大数据技术的机载激光雷达点云分类与建模研究[J]. 激光杂志， 2019， v.40;No.267（12）：159-162.

[2] 金忠诚. 鞍山市城区镇界测量工程中无人机激光雷达技术的应用与研究[J]. 中国室内装饰装修天地， 2018， 000（012）：257-257.

[3] 吴俣昊， 崔子浩， 高阳，等. 无人机载激光线扫描浅滩三维成像研究[J]. 激光与红外， 2020， v.50;No.497（02）：17-21.