无人机测绘技术与三维激光扫描技术研究

蓝优

（广西有色勘察设计研究院）

1 引言

随着我国国民经济建设的发展以及科学技术水平的不断提高，测绘技术也取得了明显的进步。特别是三维激光扫描以及无人机技术的广泛应用，极大地促进了测绘技术的现代化发展。无人机航摄测量技术具有较高的适应性和灵活性。而激光三维扫描技术则可以直接对空间物体进行扫描并获取其空间信息。这两种新技术在测绘工作中的应用有效的提高了测绘的精度，减轻了测绘人员的工作强度，降低了外业测量的技术难度，同时也使得测绘效率有了显著的提升。因此测绘人员应充分了解这两种测绘技术特点，同时也要加强不同测绘技术之间的配合协调，以进一步提高测绘质量。

2 测绘工作中的无人机技术应用分析

2.1 概述无人机技术及其功能

所谓无人机测绘技术也就是以无人机作为飞行平台，并搭载相关的测绘仪器设备，以获取相关测绘数据的技术方法。由于无人机测绘技术能够在自主、遥控以及半自主状态下开展测绘工作，并且能够适应低空飞行要求，因此具有较高的灵活性和机动性，同时其测绘效率也比较高，技术应用较为安全。在应用无人机测绘技术时，由于会受到像幅面的限制，高大地物在影像中会存在一定遮挡或者倾斜现象，因此对影像重叠度有较高的要求。

目前无人机主要包括多旋翼以及固定翼两大类，在实际应用中由于旋翼无人机对起降场地的要求相对较低，且飞控操作比较容易，因此在测绘工作中的应用更为普遍[1]。在应用无人机测绘技术时，应在无人机平台上搭载摄影器材等传感器，同时按照预设航线、航高以及像控点来进行数据采集。在获取影像信息后，需要通过空三加密等技术来进行数据处理，并以点云数据为基础构建三维模型以及DEM模型等，完成测绘任务（见图1、图2）。

2.2 无人机测绘技术的应用

2.2.1 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]。

2.2.2 航线规划要点

图1 以点云数据为基础构建三维模型

图2 三维模型

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。

2.2.3 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。

2.3 激光三维扫描与无人机技术的相互融合

虽然无人机测绘技术具有较高的适应性和应用灵活性，不过其在测绘实践中也会受到航摄角度等因素的影响，在还原复杂结构的建筑立面时存在一定的困难，而且在获取大面积水域和建筑物之间的结合部时也往往出现数据离散以及分层等问题，这会影响DEM模型的精度。因此需要结合激光三维扫描技术的应用，通过点云数据对测绘结果的精度进行检测校正。

3 测绘工作中的激光三维扫描技术应用分析

3.1 概述激光三维扫描技术

激光三维扫描技术高度继承了计算机以及光电等先进技术，能够通过扫描直接获取空间物体位置以及形态结构等空间信息，从而实现对空间物体表面三维坐标的采集（见图3）。激光三维扫描技术由于能够直接检测待测目标的高程精度、平面精度和点位精度以及地理精度，因此可以直接将空间物体信息进行数字化转换处理，为计算机系统的数据处理分析提供了便利条件。同时还可以利用三维点云来对地物边长以及间距进行测量，以获取第五点之间的相对平面位置精度。此外，在实际测绘工作中还利用激光三维扫描技术来进行点云比较拟合线剖切测量、点到点测量以及点到面测量。与传统测绘技术相比，激光三维扫描技术不仅具有较高的精度，而且可以在不与待测目标接触的情况下自动完成数据采集，有效提高了测绘的效率。

3.2 应用激光三维扫描技术制作DEM模型

在测绘工作中可以通过激光三维扫描技术来获得DEM数据，实际应用时应根据测量距离来选择扫描仪脉冲，并结合现场勘测数据来合理选择测站位置并设置标靶，在经过数据的扫描处理后就能够实现DEM高精数据的获取。

图3 激光三维扫描技术应用

1）选择测站位置要点

在选择测站位置时，测绘人员应保证测站扫描区能够全部覆盖待测目标区域，并应在两侧相邻测站间设置4个以上控制点靶标，且其应具备扫描可视条件。各测站均应能够对所布设的全部控制点靶标进行扫描覆盖。同时在确保扫描数据全面的基础上，测绘人员应尽量减少测站数量。

2）标靶布设要点

测绘人员在布设标靶时可以通过全站仪来对标靶坐标进行测量，并要注意扫描数据坐标与工程独立坐标的转换。测绘人员可以将至少4个反射片标靶均匀设置于待测区域周围，且应防止所有反射片标靶位于相应直线以及平面内，以提高坐标转换精度[3]。但是要注意合理控制反射片标靶间距，以确保扫描拼接精度。

3）扫描数据要点

在数据扫描时，测绘人员应合理控制采样间距，以防止其影像数据采集精度。当采样间距过小时，会对激光扫描仪的正常扫描工作造成不利的影响，而如果采样间距设置的过大时则会影响数据的存储和处理分析。因此测绘人员应根据实际测量需要来选择相应的激光扫描设备型号以及各测站的具体扫描时间。

4）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。

5）DEM数据补充要点

为了减少视场角等因素对激光三维扫描结果的影响，在实际测量中可以结合无人机技术来对扫描漏洞以及盲区进行补测，并获取内插DOM高程值。再通过对DEM高程与DOM高程差的计算来对相关坐标高程差进行解算，从而提高激光三维扫描DEM高程精度。

4 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。