無(wú)人機(jī)和地面三維激光掃描儀在1∶500城市基本地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用

傅詠冬

(廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060)

基礎(chǔ)測(cè)繪在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中，起著基礎(chǔ)性、先行性、公益性的作用，為滿(mǎn)足廣州市城市規(guī)劃、建設(shè)和管理的要求，廣州市國(guó)土資源與規(guī)劃委員會(huì)委托廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院(簡(jiǎn)稱(chēng)我院)，在城市基礎(chǔ)地形圖的“及時(shí)維護(hù)、周期更新、逐步擴(kuò)大”的機(jī)制基礎(chǔ)上，常年對(duì)廣州市部分區(qū)域大比例尺地形圖開(kāi)展測(cè)量與更新工作。在城市1∶500數(shù)字化地形圖測(cè)繪中，主要方式仍是全野外數(shù)字測(cè)圖，而且已形成非常成熟的生產(chǎn)流程。近年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步和對(duì)測(cè)繪需求的急劇增長(zhǎng)，全野外數(shù)字測(cè)圖陸續(xù)引入了一些新方案、新手段，使測(cè)繪模式趨于多樣化、立體化，極大地提高了外業(yè)工作效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

1 無(wú)人機(jī)成果的應(yīng)用

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)人機(jī)在測(cè)繪領(lǐng)域展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。利用eBee無(wú)人機(jī)和中測(cè)新圖雨燕ZC-3無(wú)人機(jī)，搭載框幅式小像幅數(shù)碼相機(jī)，我院開(kāi)展“無(wú)人機(jī)測(cè)制1∶500大比例尺地形圖生產(chǎn)體系建立研究”課題，依托無(wú)人機(jī)為主要的信息接收平臺(tái)，通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)機(jī)載遙感信息的采集和處理，取得1∶500正射影像圖和數(shù)字線(xiàn)劃圖成果。

1.1 利用無(wú)人機(jī)航測(cè)生產(chǎn)1∶500 DLG產(chǎn)品

1.1.1 精度統(tǒng)計(jì)分析

將已有的全野外采集地形圖成果與無(wú)人機(jī)生產(chǎn)的地形圖成果進(jìn)行疊加，采用同精度檢測(cè)。平面精度檢測(cè)方面，選擇122個(gè)點(diǎn)進(jìn)行(X，Y)坐標(biāo)值統(tǒng)計(jì)；高程精度檢測(cè)方面，選擇30個(gè)高程注記點(diǎn)進(jìn)行高程值(H)統(tǒng)計(jì)，檢測(cè)精度情況如表1所示。

表1 檢測(cè)精度統(tǒng)計(jì)表 cm

統(tǒng)計(jì)顯示，利用無(wú)人機(jī)航測(cè)生產(chǎn)的1∶500 DLG產(chǎn)品，成果精度滿(mǎn)足我院1∶500地形圖精度指標(biāo)。

1.1.2 生產(chǎn)效率分析

與傳統(tǒng)全野外測(cè)量方法相比，無(wú)人機(jī)航測(cè)生產(chǎn)雖然減少了外業(yè)工作量，卻加大了內(nèi)業(yè)工作量。除平地、丘陵之類(lèi)的簡(jiǎn)單地形之外，其它復(fù)雜的被測(cè)地形，采用無(wú)人機(jī)航測(cè)生產(chǎn)1∶500數(shù)字線(xiàn)劃圖的方法，在作業(yè)效率上并無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)。

1.2 利用無(wú)人機(jī)航測(cè)輔助進(jìn)行全野外測(cè)圖

在“無(wú)人機(jī)測(cè)制大比例尺地形圖生產(chǎn)體系建立研究”課題中，我院分別用eBee無(wú)人機(jī)和ZC-3無(wú)人機(jī)航攝，制作了1∶500正射影像圖成果共240幅，應(yīng)用于全野外測(cè)圖生產(chǎn)中，取得了很好的效果。

正射影像圖輔助進(jìn)行全野外測(cè)圖生產(chǎn)，可以應(yīng)用于以下幾個(gè)階段，如圖1所示。

圖1 正射影像圖輔助測(cè)繪生產(chǎn)

利用無(wú)人機(jī)航測(cè)制作的1∶500正射影像圖(如圖2所示)，由于具有分辨率高、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、制作成本低的優(yōu)勢(shì)，無(wú)論在全野外數(shù)字測(cè)圖生產(chǎn)的初期、中期還是后期，都能發(fā)揮出獨(dú)特的作用，可提高作業(yè)效率和準(zhǔn)確性。

圖2 無(wú)人機(jī)測(cè)制的1∶500正射影像圖

2 地面三維激光掃描儀的應(yīng)用

地面三維激光掃描儀主要用于在全野外1∶500地形圖測(cè)圖成果質(zhì)量檢測(cè)。我院的常規(guī)做法是采用人工方式進(jìn)行外業(yè)巡查和設(shè)站檢查，需要投入較多的檢查人員，檢測(cè)效率較低，大規(guī)模數(shù)據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中，容易形成疲于應(yīng)付的局面。通過(guò)地面激光掃描技術(shù)，快速獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)加以處理，探索出一套基于地面激光掃描技術(shù)的測(cè)繪成果質(zhì)量檢查的新體系，是我院的一個(gè)大膽嘗試，并初見(jiàn)成效。

依托點(diǎn)云數(shù)據(jù)，我院開(kāi)發(fā)了“激光掃描成果質(zhì)量檢查程序”，用來(lái)提高數(shù)據(jù)處理的效率。通過(guò)基于深度圖識(shí)別的建筑物角點(diǎn)提取算法和基于近鄰域分析的高程點(diǎn)擬合算法，實(shí)現(xiàn)地形圖建筑物角點(diǎn)檢測(cè)坐標(biāo)和高程點(diǎn)檢測(cè)高程的快速提取。

測(cè)量成果精度檢測(cè)包括地理精度檢測(cè)和數(shù)學(xué)精度檢測(cè)，數(shù)學(xué)精度檢測(cè)又包括平面相對(duì)精度檢測(cè)、平面點(diǎn)位精度檢測(cè)和高程精度檢測(cè)。

2.1 地理精度檢測(cè)

由于三維點(diǎn)云具備“所見(jiàn)即所得”的特點(diǎn)，可以采用調(diào)整點(diǎn)云的顏色或疊加多個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)比等手段，對(duì)地形圖的地理精度進(jìn)行檢查，內(nèi)容包括:地理要素的錯(cuò)漏(如圖3、圖4所示)、地理要素類(lèi)別的錯(cuò)誤、樓房樓層的錯(cuò)誤等。

2.2 相對(duì)精度檢測(cè)

在三維點(diǎn)云中，通過(guò)量測(cè)地物點(diǎn)的間距、地物的邊長(zhǎng)等，進(jìn)行平面位置相對(duì)精度檢測(cè)(如圖5所示)。可采取點(diǎn)到面、點(diǎn)到點(diǎn)的測(cè)量方式，也可采用剖切點(diǎn)云比較擬合線(xiàn)的方式。

2.3 平面點(diǎn)位精度檢測(cè)

深度圖高度和角度一般設(shè)置為100 m和180°，深度圖的設(shè)置參數(shù)與房屋角點(diǎn)自動(dòng)提取的精度有關(guān)(如圖6所示)。

圖3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)

圖4 通過(guò)點(diǎn)云發(fā)現(xiàn)的漏繪飄檐現(xiàn)象

圖5 平面相對(duì)位置檢測(cè)

圖6 房屋角點(diǎn)的提取

2.4 高程精度檢測(cè)

利用基于近鄰域分析的高程點(diǎn)擬合算法，實(shí)現(xiàn)高程點(diǎn)高程的快速提取(如圖7所示)。取點(diǎn)范圍閾值一般設(shè)置為地形圖對(duì)應(yīng)的平面精度，這里取0.05 m。

2.5 地面三維激光掃描技術(shù)檢查測(cè)繪成果質(zhì)量的評(píng)價(jià)

利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)檢測(cè)地形圖的測(cè)量成果精度，使得外業(yè)檢測(cè)的效率顯著提高，勞動(dòng)強(qiáng)度極大降低；與已有地形圖相比較，檢測(cè)地物點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為±6.4 cm、地物點(diǎn)間距中誤差為±5.5 cm、高程注記點(diǎn)中誤差為±8.6 cm，檢測(cè)精度滿(mǎn)足規(guī)范要求；在掃描作業(yè)時(shí)，同步采用RTK測(cè)量大量站心點(diǎn)坐標(biāo)用于自我檢查，保證了較強(qiáng)的可靠性。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著測(cè)繪新技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)有更多的新方法應(yīng)用于城市1∶500數(shù)字化地形圖測(cè)繪。目前針對(duì)城市基礎(chǔ)地形圖，我院已搭建出地空協(xié)同的立體測(cè)繪新模式，相信在不久的將來(lái)，架構(gòu)將會(huì)更豐滿(mǎn)、更高效。

圖7 高程點(diǎn)高程的提取

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