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大疆創(chuàng)新pos機
《測繪學報》
構建與學術的橋梁 拉近與權威的距離
［摘 要］本文研究RTK、三維激光掃描和無人機三種地形圖測繪的方法。RTK采用傳統(tǒng)單點測圖的方法，三維激光掃描采用三維點云測繪圖的方法，無人機采用三維實景模型測圖的方法。研究結果表明：大場景的地形圖測繪，采用RTK進行單點測圖測量精度受地理環(huán)境因素影響較大、效率較低，但成本較低。采用三維激光掃描和無人機進行測圖測量精度受地理環(huán)境因素影響較小、效較高，但成本較高。因此，針對不同要求的地形圖測繪項目，選擇合適的地形圖測繪方法極為重要。
［關鍵詞］ 實時動態(tài)測量（RTK）；三維激光掃描；無人機；地形圖
引 言
近年來，隨著科學技術水平的不斷提高，地形圖測繪方法由傳統(tǒng)的全站儀和RTK測量，發(fā)展到今天的三維激光掃描測量和無人機的測量，不僅采集方式發(fā)生變化，而且數據處理的方式也發(fā)生了較大的變化，相對于傳統(tǒng)的測量節(jié)省了較大人力和物力。另外隨著社會的發(fā)展三維激光掃描測量的搭載的設備又延伸到了車載和機載的三維激光掃描測量，采集方式更勝一籌。而無人機測量作為目前測繪行業(yè)最熱門的測量方式，也存在較多問題待解決。本文針對這三種測繪方法進行了簡單的對比分析。
01研究對象介紹
本文研究對象為江蘇省師范大學泉山校區(qū)， 該對象位于江蘇省徐州市銅山區(qū)，地勢較為平坦，周邊有高山。黑色實線范圍為研究對象的測區(qū)范圍，測區(qū)范圍內高層建筑物和樹木較多，地物較為復雜。測區(qū)面積約為0.8km2，研究對象的測區(qū)范圍如圖１所示。
圖１：研究對象測區(qū)范圍
02數據采集
本文數據的獲取主要利用三種測量方法，依次是RTK測量方法、三 維激光掃描方法和無人機測量方法。
2.1 RTK 數據采集
RTK 數據采集使用的是天宇 Ｇ１RTK 測量 系統(tǒng)，實時動態(tài)測量（RTK）精度 為±（１０ｍｍ＋ １ｍｍ／ｋｍ?ｄ），ｄ 為被測點間距離，儀器內置傾斜補償器，根據對中桿傾斜方向和角度自動校正坐標，測量方式為網絡模式（網絡基準站和移動站）。數據采集時，首先確定測區(qū)范圍的地理概況，然后根據測區(qū)范圍的現場情況進行人員和儀器安排，最后安排２組人員（每組２人）和２套儀器（每組 RTK 和全站儀各一套），分別從測區(qū)范圍的兩端向中間進行。當使用RTK測量完成后，由于RTK信號受高層建筑物和高大樹木的影響無法再使用RTK進行測量，可使用全站儀進行輔助測量。該方法進行野外數據采集用時32ｈ。數據采集主要流程如圖２所示。
圖２：RTK數據獲取流程
2.2 三維激光掃描數據采集
三維激光掃描數據采集使用的是RiegLVZ-1000三維激光掃描儀，掃描距離為1400m，掃描精度為５ｍｍ／１００ｍ（單點 掃 描），儀器內置雙軸傾斜傳感器，可自動校正掃描儀，激光掃描方式為脈沖式。數據采集時，首先確定測區(qū)范圍的地理概況，然后根據測區(qū)范圍的現場情況進行布設掃描 測站和控制點，最終布設掃描測站44站，其中根據現場實際情況增加了５站，共掃描４９測站，采集特征控制點１６個。其中三維激光掃描安排一組人員，每組２人（每組一套儀器），該方法進行野外數據采集用時１２ｈ。三維激光掃描數據采集主要流程如圖３所示。
圖３ 三維激光掃描數據獲取流程
2.3 無人機數據采集
無人機數據采集使用的設備是大疆 Phantom4RTK 智能型無人機，有效像素２０００萬（總 像素 ２０４８ 萬）。定位精度為垂直（１．５ｃｍ＋ １ｐｐｍ）和水平（１ｃｍ＋１ｐｐｍ），１ｐｐｍ 為無人機每移動１ｋｍ 誤差增加１ｍｍ。內置圖像補償器， 自動校正相機中心相對于機載Ｄ-RTK天線相位中心的位置。數據采集時，首先確定測區(qū)范圍的地理概況，然后根據測區(qū)范圍發(fā)現場情況進行航線的規(guī)劃和像控點的布設，由于測區(qū)范圍的地勢環(huán)境較差，把測區(qū)范圍分為２區(qū)，其中每個區(qū)規(guī)劃５個架次，最終規(guī)劃了10個架次，另外根據地勢情況布設了25個像控點。數據采集方式為五個不同 （一個垂直、四個傾斜）的角度采集影像，航向和旁向的重疊率為６０％，攝影航高為１００ ｍ，根據 地面分辨率計算 ＧＳＤ 約為３ｃｍ／ｐｉｘｅｌ如式（１） 所示。該方法野外數據采集用時８ｈ。無人機數據采集主要流程如圖４所示。
式（１）中：ＧＳＤ 為地面分辨率，單位為 ｍ；Ｈ 為攝影航高，單位為 ｍ；ｆ 為鏡頭焦距，單位為 ｍｍ；ａ 為像元尺寸，單位為 ｍｍ。
圖４：無人機數據獲取流程
03數據處理
RTK、三維激光掃描和無人機數據處理使用的是同一臺筆記本 電腦，型號為戴爾外星人（Alien-ware）AREA－51Ｍ，處理器為i7-9700K（12MB緩存， 睿頻4.9GHz4），運行內存為64GB，顯卡為NVID GEForceRTXTM20708GBGDDR6256bit，硬盤為1TPCIE 固態(tài)硬盤，操作系統(tǒng)為win10 64位系統(tǒng)。
3.1 RTK數據處理
RTK 數據處理使用的是 CASS9.1軟件，該軟件主要是針對 RTK 和全站儀采集的野外數據進行地形圖的繪制。由于該地形 圖 是使用兩種儀器進行測繪的，因此在繪制地形圖之前需要將野外采集的數據進行合并和格式轉換，轉換成 CASS9.1軟件可以導入的格式（點名，Ｘ，Ｙ，Ｚ轉為點名，Ｙ，Ｘ，Ｚ）。然后導入到 CASS9.1軟件中，野外測點點號，根據野外繪制的草圖或者野外測點點名進行地形圖的繪制，該方法測量精度受地理環(huán)境因素影響較大、效率較低。RTK 的數 據處理主要流程如圖５所示。
圖５：RTK數據處理流程
3.2 地面三維激光掃描數據處理
三維激光掃描數據處理使用的是 Riscanpro1.6.4 和 EPS2016 三維測圖軟件，Riscanpro1.6.4軟件主要是將野外采集的三維激光點云數 據進行配準和去噪，EPS2016三維測圖軟件依據 處理后的三維激光點云模型進行三維測圖。首先數據處理前需要將三維激光點云進行格式轉換，轉換成可以導入到 Riscanpro1.6.4 軟件的格式再進行下一步的處理。另外在三維激光點云數據配準之前需要將掃描的49個測站數據依次導入到 Riscanpro1.6.4軟件中進行壓 縮，以便于快速的進行配準。配準是依據采集的控制點對掃描的數據進行坐標系的轉換，使掃描坐標系轉換成工程坐標系，坐標系的轉換主要是計算七參數（平移參數３個、旋轉參數３個和縮放參數１個）。然后將配準完的激光點云數據進行去噪，保留對三維測圖有價值的三維激光點云數據。最后將處理后的測區(qū)范圍導入到 EPS2016 三維測圖軟件中進行地形圖的繪制，該方法測量精度受地理環(huán)境影響因素較小、效率較高。三維激光掃描儀數據處理的主要流程如圖６所示。
圖６：三維激光掃描數據處理流程
3.3 無人機數據處理
無人機數據處理使用的是Smart3D4.4.9 和 EPS2016三維測 圖軟件，Smart3D軟件是將采集的無人機影像數據進行測區(qū)正射影像和三維實景模型的構建，EPS2016三維測圖軟件是依據測區(qū)正射影像和三維實景模型進行三維測圖。
首先在進行無人機影像處理前需要對野外采集的影像數據進行篩選，剔除曝光過度、模糊和重復的影像，否則會導致Smart3D軟件處理過程中失敗。然后將采集的像控點刺在無人機影像上，進行空中三角測量的處理，由于大疆Phantom4RTK 采集的pos數據自動寫入到影像，因此在進行空中三角測量處理時，不必再導入pos數據，刺完像控點后進行空中三角測量處理即可。另外根據工程需要，在Smart3D軟件中設置好參數后，軟件會自動的構建測區(qū)的正射影像和三維實景模型。最后在EPS2016三維測圖軟件中根據二維正射影像和三維實景模型實現二三維聯(lián)動的進行地形圖的繪制，該方法測量精度受地理環(huán)境影響因素較小、效率較高。無人機數據處理的主要流程如圖７所示。
圖７：無人機數據處理流程
04綜合分析
通過對表１分析得到：
表１ 地形圖測繪不同方法對比表
數據量和所占內存
這三種方法進行地形圖測繪采集的數據量和所占內存相差較大。RTK采集的數據量和所占內存相對于三維激光 掃描采集的數據量和所占內存少（小）的可以忽略不計，但是RTK采集的數據都是特征數據，而三維激光掃描和無人機采集的數據存在大量的冗余和噪點，必須予以剔除后方可使用，處理過程較為復雜，并且對存儲設備內存要求較高。
內業(yè)和外業(yè)用時
這三種方法進行地形圖測繪內外業(yè)用時相差較大，RTK外業(yè)用時長，但是內業(yè)用時短。而三維激光掃描和無人機測繪外業(yè)用時短，但是內業(yè)用時較長。并且內外業(yè)總用時也較短。再者RTK 測量受地勢和信號影響較大，而三維激光掃描和無人機測量相對于 RTK 測量來說受地勢和信號影響較小。
自動化和設備成本
這三種方法進行地形圖測繪自動化程度和設備的成本相差較大， RTK測量自動化程度低，但是設備成本較低，一般大中小型的測繪單位都有該設備。三維激光掃描測量自動化程度較高，但是相對于無人機測量來說還是較低，無人機測量的自動化程度在這三種方法中尤其突出。另外三維激光掃描設備價格昂貴，一般中小型的測繪單位是負擔不起的，無人機測量設備價格和RTK 測量設備價格相仿，可根據工程需要選擇合適的測繪方法。
05結束語
通過對這幾種大比例尺地形圖測繪方法的 對比分析發(fā)現，有幾個需要進一步研究解決的問題：
1.RTK 測量技術在數據采集時，針對信號較差地方的數據采集問題較為困難。
2.三維激光掃描測量技術雖然精度較高，但是在數據采集時存在大量的冗余和噪點，數據處理過程中較為麻煩。
3.無人機測量技術在數據處理時，建筑物附近的茂盛樹木對構建三維實景模型的影像和空地影像聯(lián)合建模的問題，都需要進一步的解決。
本文轉自：《北京測繪》邵紅偉，版權歸原作者所有，如有侵權請告知刪除。
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