无人机lidar设备在大比例尺地形图测绘中的应用

无人机lidar设备在大比例尺地形图测绘中的应用

熊传进

武汉珞珈新空科技有限公司

摘要：LiDAR为一类集激光，在该系统中主要涉及的技术为全球定位系统(GPS)技术、惯性导航系统(INS)技术等，可将其应用到获取点云数据中，进一步使精确的数字化三维模型有效的生成。在技术融合应用下，能够基于一致绝对测量点位的条件下获取周围的三维实景。值得注意的是，大比例尺地形图测绘的工作要求较高，需合理科学地应用现代化系统技术，才能够确保测绘结果数据信息的精准度，进而为测绘工作效率及质量的提升提供充分有效的系统技术支持[1]。由此可见，为全面做好大比例尺地形图测绘工作，本文围绕“无人机LiDAR系统在大比例尺地形图测绘中的应用”进行分析，研究价值及意义显著。

关键词：无人机；大比例

1 无人机LiDAR系统及大比例尺地形图测绘工作流程分析

1.1 无人机LiDAR系统

LiDAR系统，早期被称为“光雷达”系统，为光探测与测距的简称，主要利用激光进行探测与测量，能够获取数据，进一步将精确的DEM成果生成出来。在搭载无人机形成无人机LiDAR系统的条件下，能够实时获取高精准的三维空间信息。从无人机LiDAR系统的特点优势层面分析，具体包括以下几点。其一，自动化程度高；其二，受天气环境影响小；其三，数据生成周期短；其四，精度水平高[2]。此外，机载激光雷达传感器发射的激光脉冲可以部分地穿透树林遮挡，进而直接获取高精度三维地表地形数据，在三维测量、森林资源调查、工程勘测设计等领域，可发挥重要的系统技术作用。因此，无人机LiDAR系统技术值得借鉴及应用。

1.2 大比例尺地形图测绘工作流程

在大比例尺地形图测绘工作开展期间，无人机LiDAR系统的应用价值显著，如图1所示，该图为无人机LiDAR测量系统在大比例尺地形图测绘工作中的具体流程图：①在起始阶段，做好测区踏勘、项目测绘作业；②进行基本平面和高程控制测量，并做好无人机航线设计，期间须兼顾正射与LiDAR设计；③利用LiDAR对原始点云数据和影像进行采集，形成POS(GPS+IMU)数据、原始点云数据以及原始影像数据；④在联合平差计算的基础上，形成LiDAR航迹数据及影像外方位元素；在点云数据方面，采用自动和手动的方式进一步进行点云分类，生成DEM成果，比如高程点及高线数据等；在影像外方位元素方面，生成DOM成果，比如地物要素矢量数据等；⑤形成目标任务数字地形图。

图1 无人机LiDAR测量系统在大比例尺地形图测绘工作中的具体流程图 

2 无人机LiDAR系统在大比例尺地形图测绘中的具体应用要点分析

如前所述，工作人员对无人机LiDAR系统的概念及在大比例地形图测绘中的应用流程图均有了一定程度上的了解。而从大比例尺地形图测绘工作的效率及质量角度考虑，则还有必要掌握无人机LiDAR的具体应用要点，该具体要点将如下展开。

2.1 工程项目概述

以国内某大比例尺地形图测绘工程项目为例，需测绘1∶1000大比例尺带状地形图，线路长度为70km。以项目策划方案为依据，在带状地形图测绘方面，选择使用无人机倾斜摄影测量方法。但当中部分植被茂密且地形非常复杂，为了保证测绘成果的完善性、准确性及可靠性，在测绘期间使用了无人机LiDAR系统。

2.2 航摄测量与LiDAR数据采集要点

在此处工程项目当中，选用了飞马D200无人机飞行平台，并与LiAD200测量系统搭载，进一步对1∶1000大比例尺带状地形图进行了测绘作业。在航线设计方面，选用了无人机管家系统，该系统具备数据收集、处理、显示管理等诸多功能，还能够对无人机进行维护。该系统属于一种一站式智能地理信息系统(GIS),对固定翼飞行平台、旋翼飞行平台充分支持，且航线模式与各类应用需求相符，对三维地形数据的精准三维航线规划、三维实时飞行监控及快速飞行质检充分支持，数据预处理工具箱丰富，精度控制效果好，可自动成图，且4D与三维成果生产丰富。通过配置可视化监控中心，能够使系统升级、智能维护以及信息推送等云服务功能有效发挥出来[3]。

从LiDAR数据采集层面分析，涉及的数据包括：①GPS数据；②LiDAR激光原始数据；③高分辨率影像数据。此外，对于当中的GPS数据来说，又可以进一步细分：其一，地面基站GPS数据；其二，机载POS数据；其三，机载GPS观测数据；其四，高精度惯导数据。

2.3 雷达测量数据处理要点

在数据处理软件方面选择Inertial Explore高精度GNSS/INS处理软件，主要在联合平差计算、激光点云轨迹解算过程当中应用；并选择了无人机管家软件，主要在数据格式转换、点云结算、坐标系统转换、DEM及DOM数据输出等方面应用。

2.4 高程点与等高数据生成要点

对精细分类的点云数据加以应用，使DEM成果实现自动生成，进一步将等高线与高程点数据提取出来，并采取CASS软件对等高线、高程点进行编辑，进一步使地形图的高程要素采集任务得到有效完成[4]。此外，在本工程项目当中，通过点云数据得到的DEM成果，进一步自动生成等高线与高程点当中，等高距为1m, 高程点则以5m格网间距展开测绘作业。

2.5 DOM地物要素数据采集及地形图编绘要点

2.5.1

在DOM地物要素数据采集方面，主要把DOM数据向CASS软件当中载入，然后对相关地物要素进行采集，采集信息包括五种，分别是管线、居民点、水系、道路交通、地类界。

2.5.2

在地形图测绘方面，需对等高线与高程点要素、地物要素实施套合处理，然后实施等高线修剪处理，此过程有必要加载DOM,从而使编绘处理工作更加容易[5]。

2.6 地形图精度检验要点

在此次工程项目当中，实际测量的均匀分布检查点，一共128个。针对各检查点使用RTK技术，以地形点精度为依据，然后展开测量作业，以此为地形图的高程精度检验工作提供支持。在具体检验过程中，需对比分析检查点的实测高程和地形图上量取的高程值的差值，进一步对图幅等高线高程中误差进行检验。

在检验期间，可通过分析检查点高程差值的分布情况，分析判断图幅等高线高程中误差是否与限差要求相符。本次结果显示：128个检查点，最大差值为1.40m; 高程中误差限差为±0.70m, 实测值为±0.54m, 实测值<限差值，说明图幅等高线高程中误差与限差要求相符，满足1∶1000大比例尺地形图测绘的进度要求，进一步说明了无人机LiDAR系统技术的应用效果显著。

3 结语

综上所述，在大比例尺地形图测绘工作开展期间，无人机LiDAR系统技术的应用价值显著。工作人员需合理使用此项系统技术，在明确地形图测绘作业流程的基础上，结合工程项目实况，做好航摄测量及LiDAR数据采集作业，并把握雷达测量数据处理、高程点和等高线数据生成、DOM地物要素数据采集及地形图编绘要点，进一步通过地形图精度检验，分析判断系统技术应用的预期效果，方可获取高精准的大比例尺地形图测绘数据成果，进一步全面提高大比例尺地形图测绘工作的效率及质量。

参考文献

[1] 陈玥，李英成，李兵，等.复杂地势下轻小型无人机LiDAR自主航线设计[J].测绘科学，2021,46(03):104-109+132.

[2] 张龙，李凤娟.无人机测量技术在地形测量方面运用分析[J].数字通信世界，2020(11):189-190+99.

[3] 李胜才，马克委，宋伟凯，等.无人机LiDAR系统在不动产测绘中的应用[J].北京测绘，2020,34(03):399-401.

[4] 马力，杨涛，禹萌.无人机倾斜摄影与车载LIDAR联合测绘技术在低等级公路改扩建地形图测绘领域的适用性分析[J].智能城市，2020,6(08):65-66.

[5] 羌新春，张英明，秦浩.无人机机载LiDAR的点云细节分析与特征提取[J].智能城市，2019,5(15):70-71.