张向波
大连市勘察测绘研究院有限公司 辽宁 大连 116021
摘要：随着我国综合国力的增强，我国科技水平迅速发展，测绘技术也有了很大进步。激光3D扫描以及无人机等新型测绘技术逐渐完善，应用范围也不断扩大。测绘人员要充分了解其技术特点以及主要的应用功能，准确掌握操作方法，加强激光三维扫描技术与无人机测绘技术的配合协调，以进一步提高测绘的精度和效率。
关键词：无人机测绘技术；三维激光扫描技术；研究
引言
地质勘探工作的开展，地下资源的详细研究，矿产储量的计算。都要求有各种比例的地形图。地形图是了解地质构造、矿产分布的重要资料。精确而完整地表示出地貌地物的位置和高程是地形测量的主要任务。地形地质测量的方法有很多，采用的仪器随着科学技术的进步亦是逐渐智能精确。本文主要介在地形测量工作当中采用无人机测绘技术与三维激光扫描技术应用。
1概述
1.1无人机测绘技术
无人机(UnmannedAerialVehicle,UAV),是一种由动力驱动、机上无人驾驶、可重复使用的航空器,有遥控、半自主、自主三种飞行控制方式。无人机具有机动性高、灵活性强、低空飞行、快速安全等特点，作为遥感图像采集的一种新手段受到越来越广泛的应用。但其也有像幅面有限、影像中高大地物易发生倾斜及互相遮挡和影像重叠度要求较高等缺陷。作为现代测绘系统的重要组成部分，无人机测绘系统不仅在测绘测量应急保障服务中发挥着重要作用，也在国家政府部门紧急救援系统中发挥着举足轻重的作用。无人机测绘技术在今后的发展中应进一步完善和提高以下功能：一是提高测绘应急保障的服务水平，从而提高社会管理的效率；二是加强测绘成果的融合，推动数字城市建设。
根据无人机飞行器的不同，无人机低空摄影测量系统分为固定翼无人机和多旋翼无人机。与固定翼无人机相较而言，多旋翼无人机具有明显的优点。比如：对起降场地没有苛刻要求，操作简便灵活等。根据多旋翼无人机自身的特点及现有低空航空摄影测量的发展水平，其技术流程为：首先，使用无人机搭载普通照相机作为传感器获取航空影像，同时在测区范围内均匀布设若干像控点并采集其相应地面坐标。其次，进行空中三角测量建立密集点云模型，根据点云模型进行三维建模并结合影像数据最终生成DEM、DOM及相关三维交互模型。
1.2三维激光扫描技术
三维激光扫描技术主要是采用高度激发扫描技术对现场、实务进行扫描的方法来获取测量数据，当激光设备处于工作状态时，不断对覆盖区域进行大面积的扫描测量，然后以1:1的模型结构方式形成三维立体数据云框架，再根据图像的三维坐标、光照反射强度等相关数据，进行立体化处理，生成可视化的数据图形，由于三维激光扫描技术获取的数据比较详实，得到了广泛的应用。一般情况下，在激光扫描的过程中，将Ｘ轴和Ｙ轴作为目标的水平面，并以Ｙ轴为具体的扫描方向对覆盖区域进行扫描，获取相关的数据，而Ｚ轴为垂直方向的数据，就可以获取扫描点的坐标，从而能快速形成扫描区域的数据，具体计算方法如图１所示。
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2无人机测绘技术的应用
（1）像控点布设要点
在布设像控点时，应根据待测区域的地形特点来选择像控点的布设位置，并可以用石灰或者油漆等标记像控点。像控点可以按照实际测绘需要采用似大地高精度厘米级精化水准面，同时结合SCGNSS来利用卫星连续定位以完成联测以及拟合工作。
（2）航线规划要点
测绘人员在进行无人机航线的规划设计时，应将航向重叠度控制在53%以上，且旁向重叠度应达到15%以上。同时航高在同一航带内的差值范围应控制在30m以内。
（3）内业处理要点
当无人机完成对待测目标的影像数据采集后，测绘人员应通过内业处理来完成影像信息的预处理、匹配、正射纠正以及空三加密等，从而获取DOM数据并构建DEM模型。
3地面三维激光扫描技术应用
3.1扫描现场勘察
在进行地形图测绘之前，首先对测区周围环境进行观察用以确定测站和标靶的位置测区现场勘察选择测站和标靶位置的宗旨是:在保证能够完整测量整个测区的前提下尽量少设置测站。尽量少设置测站的目的是降低点云数据拼接过程中的误差。现场测区地形勘查的过程中需辅以对测区特殊地形的拍照。目的是在地形图上描绘底物地貌时辅助记忆。帮助地形图测绘编辑工作。
3.2数据获取
（1）标靶布设
在仪器的两侧分别放置球形标靶及棋盘板共计４个，保证了两站之间至少三个公共拼接目标，站与球形标靶之间通视。需要注意球形标靶摆放注意图形，球形标靶不要在同一水平面，一条直线上；三个球形标靶之间的距离必须大于１ｍ；如果用标靶纸激光入射角不要低于４５°角；注意标靶纸与球形标靶不能移动、不能有人或物阻挡。球形标靶与扫描仪的距离为２～１５ｍ（取决于对象尺寸和扫描分辨率，球形标靶２００ｍｍ，最大距离可达４５ｍ），项目实施过程中球形标靶控制在１０ｍ以下。标靶的布控在三维扫描中非常重要，特别是高精度扫描，是影响精度重要指标之一。
（2）点云数据获取
三维激光扫描仪的外业数据采集方式与所采集到的点云数据的拼接方法是相对应的。不同的数据采集方法采集到的点云数据需要不同的数据拼接方式加以处理。本文以MaptekI－site8820三维激光扫描仪为例进行三维激光扫描地形图测绘，点云数据获取方法主要有3种:①利用已知控制点的数据采集方法②利用标靶的数据采集方法③利用公共特征点的点云数据采集方法。
（3）处理数据要点
在对各测站进行激光扫描时，测绘人员要先进行预处理以去除噪点。以VZ4000激光扫描仪为例，由于在对测站进行数据扫描时往往需要设置不同的发射脉冲频率以实现对不同目标距离的测量。而当目标测量距离加大时，激光扫描仪所获取的数据精度会随之下降，因此需要结合短波雷达等技术来进行各测站数据的滤波处理，之后才能结合标靶坐标等通过相对以及绝对拼接等方法来完成所有测站扫描数据的拼接。在测量实践中可以根据距离来采取去除点云的绝对拼接方式来减少坐标转换误差，并在完成数据的拼接处理后再对其进行滤波，从而获得DEM数据模型。
4无人机测绘技术与三维激光扫描技术分析
无人机虽然作业灵活，但受航摄角度的限制在执行摄影测量的飞行任务时，不容易通过获取影像准确还原建筑物较复杂的立面结构。同时，对建筑物与大片水面相结合的部位的表现力较差，获取的大量点云数据容易出现分层或离散的现象，从而导致模型精度较低。特别是无人机在水利工程项目中进行地形航测时，所获取的影像大多以水面占据主要篇幅，导致在进行空三加密计算时难以找到足够数量的同名点从而使像片的相对定向精度降低。而近些年兴起的三维激光扫描技术虽然可以快速高精度的对不规则建筑物还原，但在对周边地况较为复杂的水利工程项目进行测绘时，可能会出现地形条件不利于布设摄站点，扫描目标的顶部超出扫描的最大范围以及三维扫描数据容易发生丢失等问题。
结语
随着无人机技术以及激光扫描技术的不断发展成熟，其在测绘领域的应用也越来越广泛，极大的提高了测绘精度的效率。测绘人员在充分了解无人机技术以及激光扫描技术的基础上，还要加强对两种测绘新技术相互融合的研究，借助点云数据来实现这两种测绘新技术在中间数据以及基础数据上的协调统一，从而进一步提高测绘数据的精度，为项目的规划实施提供更加客观准确、全面的测绘数据，并促进我国测绘技术的现代化发展。
参考文献：
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