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采用無(wú)人機(jī)機(jī)載三維激光雷達(dá)+地面站補(bǔ)點(diǎn)的方式應(yīng)用研究

2020-09-18 12:17 性質(zhì)：轉(zhuǎn)載 作者：楊明,石小偉,葛浩 來(lái)源：電子發(fā)燒友
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3.2 實(shí)例應(yīng)用過(guò)程

采用無(wú)人機(jī)機(jī)載三維激光雷達(dá)+地面站補(bǔ)點(diǎn)的方式作業(yè)，外業(yè)投入 3 人，航飛了 20 個(gè)架次（ 采用大疆飛行平臺(tái)，航時(shí)有限，每架次只能飛行 16 min） ，外 業(yè)數(shù)據(jù)采集完，經(jīng)過(guò)內(nèi)業(yè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)解算，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過(guò)自主研發(fā)的 SouthLidar 軟件中進(jìn)行地形地籍圖生產(chǎn)，最終生成 DLG 成果。如圖 6 所示。將采集的 191 個(gè)檢查點(diǎn)跟激光點(diǎn)云的地面點(diǎn)數(shù)據(jù)做比較，由軟件自動(dòng)生成圖 7 中報(bào)告，最終得出高程精度中誤差為 6.9 cm，116 個(gè)檢查點(diǎn)得出的高程精度中誤差為 5.1 cm，完全滿足 1 ∶ 500 航測(cè)高程精度要求。

圖6 設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)航線外業(yè)采集現(xiàn)場(chǎng)（根據(jù)激光參數(shù)）

圖7 點(diǎn)云處理及精度監(jiān)測(cè)

3.3 技術(shù)創(chuàng)新及 4D 產(chǎn)品生成

基于無(wú)人機(jī)機(jī)載三維激光雷達(dá)和地面站補(bǔ)點(diǎn)方式的技術(shù)創(chuàng)新如圖 8—圖10 所示。

（ 1） 直接快速生成 DEM、DSM、DLG、DOM 等產(chǎn)品，達(dá)到定測(cè)、施工圖設(shè)計(jì)的精度要求。

（ 2） 應(yīng)用機(jī)載 LiDAR 生成 0.15 m 高精度的數(shù)字地面模型，有效克服了氣候多變、地形復(fù)雜、植被茂盛等難題。

（ 3） 無(wú)需或極少量控制測(cè)量，減少勘察設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和流程，大大縮短了工作周期，提高了工作效率。由于地形條件的限制在外業(yè)采集的碎部點(diǎn)很難一次性生成理想的等高線，如樓頂上控制點(diǎn)，另外還圖生產(chǎn)，最終生成 DLG 成果。如圖6所示。將采集的 191 個(gè)檢查點(diǎn)跟激光點(diǎn)云的地面點(diǎn)數(shù)據(jù)做比較，由軟件自動(dòng)生成圖 7 中報(bào)告，最終得出高程精度中誤差為 6.9 cm，116 個(gè)檢查點(diǎn)得出的高程精度中誤差為 5.1 cm，完全滿足 1 ： 500 航測(cè)高程精度要求。因現(xiàn)實(shí)地貌的多樣性和復(fù)雜性，自動(dòng)構(gòu)成的數(shù)字地面模型與實(shí)際地貌不太一致，因此可以通過(guò)修改三角網(wǎng)修改這些局部不合理的地方。具體技術(shù)有：

（ 1） 過(guò)濾三角形?？筛鶕?jù)需要輸入符合三角形中最小角的度數(shù)或最大邊長(zhǎng)大于最小邊長(zhǎng)的倍數(shù)等條件的三角形。如果出現(xiàn) CASS 7.0 在建立三角網(wǎng)后點(diǎn)無(wú)法繪制等高線，可過(guò)濾掉部分形狀特殊的三角形。另外，如果生成的等高線不光滑，也可以用此功能將不符合要求的三角形過(guò)濾掉，再生成等高線。

（ 2） 增加三角形。如果要增加三角形時(shí)，可選擇“等高線”菜單中的“增加三角形”項(xiàng)，依照屏幕的提示在要增加三角形的地方用鼠標(biāo)點(diǎn)取，如果點(diǎn)取的地方?jīng)]有高程點(diǎn)，系統(tǒng)會(huì)提示輸入高程。

（ 3） 三角形內(nèi)插點(diǎn)。選擇此命令后，可根據(jù)提示輸入要插入的點(diǎn)在三角形中指定點(diǎn)（ 可輸入坐標(biāo)或用鼠標(biāo)直接點(diǎn)?。?; 提示高程（ 米） = 時(shí)，輸入此點(diǎn)高程。通過(guò)此功能可將此點(diǎn)與相鄰的三角形頂點(diǎn)相連構(gòu)成新三角形，同時(shí)原三角形會(huì)自動(dòng)被刪除，如圖 11 所示。

圖 8 基于激光雷達(dá)的植被穿透直接獲取地面點(diǎn)的數(shù)據(jù)

圖 9 基于車載三維數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模型的數(shù)據(jù)采集技術(shù)

圖 10 制作系統(tǒng)空間同步數(shù)據(jù)———重復(fù)軌跡檢校方法

圖 11 快速采集城市街景圖（ 南方 SouthLiDAR 軟件）

04 結(jié)論與建議

基于空地一體掃描技術(shù)的車載三維數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在高樓大廈林立的城市中運(yùn)行，GPS 信號(hào)時(shí)有時(shí)無(wú)。又由于交通狀況的影響，車載平臺(tái)時(shí)走時(shí)停，這些都使得車載系統(tǒng)的工作環(huán)境十分獨(dú)特，同時(shí)也會(huì)存在容易失鎖的地方： 如立交橋、過(guò)街天橋、高樓底下、兩邊是樹的林蔭道，一般失鎖時(shí)間為 30s，因此本文關(guān)心組合導(dǎo)航系統(tǒng)的精度主要是關(guān)心在失鎖30s 或 1 min 之后可以達(dá)到的精度?？傮w而言，空地一體掃描技術(shù)是現(xiàn)階段較為新穎的技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)全站儀、RTK技術(shù)而言，具有非接觸式、效率高、速度快等優(yōu)勢(shì)，相對(duì)于無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)而言說(shuō)具有全天候作業(yè)、高程精度高、可穿透植被縫隙直接獲取真實(shí)地面高程的優(yōu)勢(shì)，因此在高精度地面高程測(cè)繪、地籍測(cè)繪、電力巡線、應(yīng)急監(jiān)測(cè)、森林植被采集及灘涂等人工無(wú)法到達(dá)的作業(yè)環(huán)境等領(lǐng)域有其巨大的優(yōu)勢(shì)，本文關(guān)于空地一體掃描技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行分析和探討，以及對(duì)于我國(guó)三維激光技術(shù)的推廣，起到一定的促進(jìn)作用。

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