广东省核工业地质局测绘院 广东省广州市 510400
摘要：随着无人机技术的飞速发展，测绘行业近几年发生了翻天覆地的变化，现如今，无人机结合机载LiDAR技术成为了高效采集数据的一种方法。机载LiDAR系统集合了激光雷达，GPS导航系统和惯性导航系统三种系统，可以快速、大面积获取测区内的高密度点云数据，为DEM，DSM，DLG等成果生产提供了快速、可靠的数据依据。本文以惠东某县的开发区地形测量为例，利用机载LiDAR结合航空摄影测量，对该开发区进行线划图的生产，并进行成果检测，结果表明，LiDAR技术可以满足1：1000比例尺地形图生产的需求。
关键词：LiDAR；无人机；线划图；测绘；
Application of airborne LiDAR in 1：1000 topographic mapping
SU Chenyang
（Surveying and Mapping Institute of Guangdong Province Nuclear Industry Geological Bureau，GuangZhou Guangdong 510400）
ABSTRACT：With the rapid development of UAV technology，great changes have taken place in the surveying and mapping industry in recent years.Nowadays，the combination of UAV and airborne LiDAR technology has become an efficient method to collect data.The airborne LiDAR system combines three systems：lidar，GPS navigation system and inertial navigation system.It can quickly and widely acquire high-density point cloud data in the measuring area.It provides fast and reliable data basis for production of DEM，DSM and DLG.Taking the topographic survey of a development area in Huidong as an example，this paper uses airborne LiDAR combined with aerial photogrammetry to produce the DLG of the development area and to test the results.The results show that the LiDAR technology can meet the requirements of 1：1000 scale topographic map production.
Keywords：LiDAR；UAV；DLG；Surveying and mapping
1引言
激光雷达技术简称为LiDAR，是一种集激光雷达，GPS和惯性导航系统三种系统于一体的测量系统，为快速、精确的获取空间信息提供了简单有效手段。[1]而机载LiDAR系统结合了LiDAR技术和无人机技术的优势，是一种高效的获取点云数据的方法。线划图是设计规划的基本数据，设计人员可以根据线划图成果来设计道路，计算需要挖填的土石方量，对工程造价进行预算等等。
本文以惠州市某开发区的地形测量为例，利用机载LiDAR系统，结合航空摄影测量技术，对该区域进行数据采集。并采用绘图软件行成图，为该开发区的设计规划提供参考。
2 LIDAR测量技术的特点
与传统测量方法相比，机载LiDAR技术获取数据更加高效，适合进行大面积测量作业。例如本次项目中，采用的傲势X-C无人机，搭载华测AS1300HL LiDAR设备，单架次航时90分钟，作业面积约为5平方千米相比于航空摄影测量，机载LiDAR技术精度更高，且得益于激光的特性，机载LiDAR的激光可以穿透地表植被层，得到更高精度的地面坐标信息。此外，高精度的激光点云数据还直观地反映植被和地物的三维信息，结合正射影像，使得地形地物的判读和量测更加准确。[2]
但是机载LiDAR系统也有其局限性，比如LiDAR更加容易受到天气和大气影响，微小的水滴或者浓烟、雾霾等，都会使激光的传播距离受影响，也会使成果噪点数量增多，影响精度。[3]同时，由于点云数据成果直观性不强，无法判定地物信息因此需要辅助正射影像进行成图。
3工程应用
本项目采用正射影像配合LiDAR点云数据开展1：1000地形图生产工作。主要技术路线包括测区踏勘，航线敷设，控制测量，正射影像数据采集，点云数据采集，内业数据处理，外业调绘及修补测，编辑成图等环节。
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图3-1 生产流程
3.1 数据采集
正射数据采集采用的是傲势X-C搭载索尼A7R3，为了保证数据质量，正射航线设定旁向重叠度70%，航向重叠度80%，除第一个架次外，每个架次均覆盖上一个架次的最后一条航线。对于质量不合格的照片需进行处理或者补飞。
大范围点云数据采集使用傲势X-C无人机搭载华测AS1300HL LiDAR设备，单架次航高250米，航线间距150米；小范围居民地点云数据采集由曜宇Yunux-Long 120搭载吉鸥GL52进行，为保证居民地范围的点云数据的精度，飞行航高为150米，航线间距为75米，所有居民地范围执行井字形飞行。
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图3-2 井字形航线
3.2 控制测量
测区控制测量采用天宝R8S GPS接收机配合使用广东CORS以及千寻CORS来测量控制点坐标。其中，使用千寻CORS采WGS84坐标及大地高，用GDCORS采CGCS2000坐标及正常高。
在开始观测前，先通过已知点对仪器进行检校，校验时分别进行三次测量，每次测量都重新初始化，测得平面位置较差为0.05cm，符合精度要求。
3.3 数据处理与质量检查
（1）正射影像数据处理与质量检查
首先通过ZHD-APK软件将生产正射影像的机载POS数据和相应的基站观测数据进行融合解算，得到高精度POS，此高精度POS数据为WGS84坐标系，高程为大地高。通过像控点求解的七参数对该POS进行坐标转换，得到相应的CGCS2000坐标、正常高。得到高精度POS后，将照片、高精度POS 和像控点导入UAVMaster软件进行正射影像生产。在正射影像空三报告中可以看到正射影像实际分辨率为7.65cm/pixel，控制点水平中误差为0.046m。
（2）点云数据处理与质量检查
首先，将相应的基站观测数据、机载惯导数据、机载点云数据通过IE软件进行解算，得到高精度POS，然后将高精度POS和原始点云数据导入华测CoPre软件进行点云解算。点云解算时只选取直线飞行的部分，剔除掉姿态不达标的部分。
得到点云数据后，将点云数据导入华测CoRefine软件，通过与像控点的对比得到点云高程精度，点云高程中误差为0.186m；点云平均每平方米点数量为32个，居民地平均每平方米点的数量为53个，满足规范要求。[4]
确认点云质量合格后将点云数据导入terrasolid软件，进行降噪和点云分类。通过点云特征，结合正射影像，按规范将点云分为地面点，植被点，建筑物等。
3.4线划图成图
将点云数据导入CoMapping软件中，结合正射影像，绘制矢量数据，由于该矢量数据没有CASS属性，需要将相应的矢量数据导入到CASS10.1软件中，通过点云模型、正射影像等作参考，将绘制好的矢量数据附上属性，并按照相应规范对图面进行整饰。
在地形图完成后，将地形图导入到平板电脑中进行实地调绘及修补测，调绘的同时，使用RTK随机对一部分地物及地形的特征点进行采集，使用测距仪对一部分房屋长度及尺寸进行采集，用以验证地形图精度。
4 成果质量情况
所有成果均执行相关规范[5]进行检查和质量评定。
表4-1 DLG平面残差误差分布
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表4-2 DLG高程残差误差分布
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经验证，数字地形图（DLG）成果精度良好，满足1：1000地形图要求。
5 结束语
本文结合实践项目，探讨了机载LiDAR系统在大面积1：1000地形图测绘中的可靠性。机载LiDAR系统克服了传统航空摄影测量无法采集准确、密集的高程点的问题，同时也解决了传统测绘效率低等问题，在效率和效益上均有很大的提高。尤其是对植被茂密的山地，机载LiDAR系统更是显出了巨大的潜力。同时LiDAR系统也有着不可忽视的缺点，机载LiDAR系统容易受天气影响，且无法测量被严重遮盖的地方。
综上所述，结合项目情况，机载LiDAR系统能够满足1：1000地形图测量的要求。
参考文献：
[1]朱士才。LIDAR的技术原理以及在测绘中的应用[J]。现代测绘，2006（04）：12-13
[2]朱士才。LIDAR的技术原理以及在测绘中的应用[J]。现代测绘，2006（04）：12-13
[3]彭祥国，杨智翔，王学剑，易志朝。无人机LiDAR技术在水利水电工程中的应用[J]。测绘标准化，2020，36（04）：38-42。
[4]CH／T 8024-2011 机载激光雷达数据获取技术规范[s]。
[5]GB/T 18316-2008 数字测绘成果质量检查与验收[s]
作者简介：
苏晨阳（1990.10.12），男，河南省获嘉县，大学本科，助理工程师，从事航空摄影测量工作