藍(lán)優(yōu)

（廣西有色勘察設(shè)計研究院）

1 引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，測繪技術(shù)也取得了明顯的進(jìn)步。特別是三維激光掃描以及無人機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，極大地促進(jìn)了測繪技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展。無人機(jī)航攝測量技術(shù)具有較高的適應(yīng)性和靈活性。而激光三維掃描技術(shù)則可以直接對空間物體進(jìn)行掃描并獲取其空間信息。這兩種新技術(shù)在測繪工作中的應(yīng)用有效的提高了測繪的精度，減輕了測繪人員的工作強度，降低了外業(yè)測量的技術(shù)難度，同時也使得測繪效率有了顯著的提升。因此測繪人員應(yīng)充分了解這兩種測繪技術(shù)特點，同時也要加強不同測繪技術(shù)之間的配合協(xié)調(diào)，以進(jìn)一步提高測繪質(zhì)量。

2 測繪工作中的無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用分析

2.1 概述無人機(jī)技術(shù)及其功能

所謂無人機(jī)測繪技術(shù)也就是以無人機(jī)作為飛行平臺，并搭載相關(guān)的測繪儀器設(shè)備，以獲取相關(guān)測繪數(shù)據(jù)的技術(shù)方法。由于無人機(jī)測繪技術(shù)能夠在自主、遙控以及半自主狀態(tài)下開展測繪工作，并且能夠適應(yīng)低空飛行要求，因此具有較高的靈活性和機(jī)動性，同時其測繪效率也比較高，技術(shù)應(yīng)用較為安全。在應(yīng)用無人機(jī)測繪技術(shù)時，由于會受到像幅面的限制，高大地物在影像中會存在一定遮擋或者傾斜現(xiàn)象，因此對影像重疊度有較高的要求。

目前無人機(jī)主要包括多旋翼以及固定翼兩大類，在實際應(yīng)用中由于旋翼無人機(jī)對起降場地的要求相對較低，且飛控操作比較容易，因此在測繪工作中的應(yīng)用更為普遍[1]。在應(yīng)用無人機(jī)測繪技術(shù)時，應(yīng)在無人機(jī)平臺上搭載攝影器材等傳感器，同時按照預(yù)設(shè)航線、航高以及像控點來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在獲取影像信息后，需要通過空三加密等技術(shù)來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并以點云數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)構(gòu)建三維模型以及DEM模型等，完成測繪任務(wù)（見圖1、圖2）。

2.2 無人機(jī)測繪技術(shù)的應(yīng)用

2.2.1 像控點布設(shè)要點

在布設(shè)像控點時，應(yīng)根據(jù)待測區(qū)域的地形特點來選擇像控點的布設(shè)位置，并可以用石灰或者油漆等標(biāo)記像控點。像控點可以按照實際測繪需要采用似大地高精度厘米級精化水準(zhǔn)面，同時結(jié)合SCGNSS來利用衛(wèi)星連續(xù)定位以完成聯(lián)測以及擬合工作[2]。

2.2.2 航線規(guī)劃要點

圖1 以點云數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)構(gòu)建三維模型

圖2 三維模型

測繪人員在進(jìn)行無人機(jī)航線的規(guī)劃設(shè)計時，應(yīng)將航向重疊度控制在53%以上，且旁向重疊度應(yīng)達(dá)到15%以上。同時航高在同一航帶內(nèi)的差值范圍應(yīng)控制在30m以內(nèi)。

2.2.3 內(nèi)業(yè)處理要點

當(dāng)無人機(jī)完成對待測目標(biāo)的影像數(shù)據(jù)采集后，測繪人員應(yīng)通過內(nèi)業(yè)處理來完成影像信息的預(yù)處理、匹配、正射糾正以及空三加密等，從而獲取DOM數(shù)據(jù)并構(gòu)建DEM模型。

2.3 激光三維掃描與無人機(jī)技術(shù)的相互融合

雖然無人機(jī)測繪技術(shù)具有較高的適應(yīng)性和應(yīng)用靈活性，不過其在測繪實踐中也會受到航攝角度等因素的影響，在還原復(fù)雜結(jié)構(gòu)的建筑立面時存在一定的困難，而且在獲取大面積水域和建筑物之間的結(jié)合部時也往往出現(xiàn)數(shù)據(jù)離散以及分層等問題，這會影響DEM模型的精度。因此需要結(jié)合激光三維掃描技術(shù)的應(yīng)用，通過點云數(shù)據(jù)對測繪結(jié)果的精度進(jìn)行檢測校正。

3 測繪工作中的激光三維掃描技術(shù)應(yīng)用分析

3.1 概述激光三維掃描技術(shù)

激光三維掃描技術(shù)高度繼承了計算機(jī)以及光電等先進(jìn)技術(shù)，能夠通過掃描直接獲取空間物體位置以及形態(tài)結(jié)構(gòu)等空間信息，從而實現(xiàn)對空間物體表面三維坐標(biāo)的采集（見圖3）。激光三維掃描技術(shù)由于能夠直接檢測待測目標(biāo)的高程精度、平面精度和點位精度以及地理精度，因此可以直接將空間物體信息進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換處理，為計算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理分析提供了便利條件。同時還可以利用三維點云來對地物邊長以及間距進(jìn)行測量，以獲取第五點之間的相對平面位置精度。此外，在實際測繪工作中還利用激光三維掃描技術(shù)來進(jìn)行點云比較擬合線剖切測量、點到點測量以及點到面測量。與傳統(tǒng)測繪技術(shù)相比，激光三維掃描技術(shù)不僅具有較高的精度，而且可以在不與待測目標(biāo)接觸的情況下自動完成數(shù)據(jù)采集，有效提高了測繪的效率。

3.2 應(yīng)用激光三維掃描技術(shù)制作DEM模型

在測繪工作中可以通過激光三維掃描技術(shù)來獲得DEM數(shù)據(jù)，實際應(yīng)用時應(yīng)根據(jù)測量距離來選擇掃描儀脈沖，并結(jié)合現(xiàn)場勘測數(shù)據(jù)來合理選擇測站位置并設(shè)置標(biāo)靶，在經(jīng)過數(shù)據(jù)的掃描處理后就能夠?qū)崿F(xiàn)DEM高精數(shù)據(jù)的獲取。

圖3 激光三維掃描技術(shù)應(yīng)用

1）選擇測站位置要點

在選擇測站位置時，測繪人員應(yīng)保證測站掃描區(qū)能夠全部覆蓋待測目標(biāo)區(qū)域，并應(yīng)在兩側(cè)相鄰測站間設(shè)置4個以上控制點靶標(biāo)，且其應(yīng)具備掃描可視條件。各測站均應(yīng)能夠?qū)λ荚O(shè)的全部控制點靶標(biāo)進(jìn)行掃描覆蓋。同時在確保掃描數(shù)據(jù)全面的基礎(chǔ)上，測繪人員應(yīng)盡量減少測站數(shù)量。

2）標(biāo)靶布設(shè)要點

測繪人員在布設(shè)標(biāo)靶時可以通過全站儀來對標(biāo)靶坐標(biāo)進(jìn)行測量，并要注意掃描數(shù)據(jù)坐標(biāo)與工程獨立坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。測繪人員可以將至少4個反射片標(biāo)靶均勻設(shè)置于待測區(qū)域周圍，且應(yīng)防止所有反射片標(biāo)靶位于相應(yīng)直線以及平面內(nèi)，以提高坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度[3]。但是要注意合理控制反射片標(biāo)靶間距，以確保掃描拼接精度。

3）掃描數(shù)據(jù)要點

在數(shù)據(jù)掃描時，測繪人員應(yīng)合理控制采樣間距，以防止其影像數(shù)據(jù)采集精度。當(dāng)采樣間距過小時，會對激光掃描儀的正常掃描工作造成不利的影響，而如果采樣間距設(shè)置的過大時則會影響數(shù)據(jù)的存儲和處理分析。因此測繪人員應(yīng)根據(jù)實際測量需要來選擇相應(yīng)的激光掃描設(shè)備型號以及各測站的具體掃描時間。

4）處理數(shù)據(jù)要點

在對各測站進(jìn)行激光掃描時，測繪人員要先進(jìn)行預(yù)處理以去除噪點。以VZ4000激光掃描儀為例，由于在對測站進(jìn)行數(shù)據(jù)掃描時往往需要設(shè)置不同的發(fā)射脈沖頻率以實現(xiàn)對不同目標(biāo)距離的測量。而當(dāng)目標(biāo)測量距離加大時，激光掃描儀所獲取的數(shù)據(jù)精度會隨之下降，因此需要結(jié)合短波雷達(dá)等技術(shù)來進(jìn)行各測站數(shù)據(jù)的濾波處理，之后才能結(jié)合標(biāo)靶坐標(biāo)等通過相對以及絕對拼接等方法來完成所有測站掃描數(shù)據(jù)的拼接。在測量實踐中可以根據(jù)距離來采取去除點云的絕對拼接方式來減少坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差，并在完成數(shù)據(jù)的拼接處理后再對其進(jìn)行濾波，從而獲得DEM數(shù)據(jù)模型。

5）DEM數(shù)據(jù)補充要點

為了減少視場角等因素對激光三維掃描結(jié)果的影響，在實際測量中可以結(jié)合無人機(jī)技術(shù)來對掃描漏洞以及盲區(qū)進(jìn)行補測，并獲取內(nèi)插DOM高程值。再通過對DEM高程與DOM高程差的計算來對相關(guān)坐標(biāo)高程差進(jìn)行解算，從而提高激光三維掃描DEM高程精度。

4 結(jié)語

隨著無人機(jī)技術(shù)以及激光掃描技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，其在測繪領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛，極大的提高了測繪精度的效率。測繪人員在充分了解無人機(jī)技術(shù)以及激光掃描技術(shù)的基礎(chǔ)上，還要加強對兩種測繪新技術(shù)相互融合的研究，借助點云數(shù)據(jù)來實現(xiàn)這兩種測繪新技術(shù)在中間數(shù)據(jù)以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)上的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從而進(jìn)一步提高測繪數(shù)據(jù)的精度，為項目的規(guī)劃實施提供更加客觀準(zhǔn)確、全面的測繪數(shù)據(jù)，并促進(jìn)我國測繪技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展。