鞍山市城區(qū)鎮(zhèn)界測(cè)量工程中無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用與研究

金忠誠(chéng)

摘 要：無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)技術(shù)是一種新型的測(cè)量技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)是很明顯的，測(cè)量工作中能發(fā)揮出全能性、全天候、全球性以及精密性等特點(diǎn)，且有著較高的精度，應(yīng)用價(jià)值極高；對(duì)城市規(guī)劃、城鎮(zhèn)地形地籍、農(nóng)村地籍等項(xiàng)目以及在多山地區(qū)、建筑物密集區(qū)域有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。例如在城市建筑物密集區(qū)域帶狀地形圖作業(yè)的過(guò)程中常規(guī)的測(cè)量手段依然是存在著比較多的困難，因此采用無(wú)人機(jī)搭載平臺(tái)搭載激光雷達(dá)測(cè)距傳感器和RTK GPS等設(shè)備在空中實(shí)施三維地形圖數(shù)據(jù)采集工作，通過(guò)校驗(yàn)場(chǎng)人工常規(guī)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比對(duì)校核，測(cè)量結(jié)果可以更好的滿(mǎn)足地形測(cè)量方面的技術(shù)要求。因此在本文之中，主要是針對(duì)無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)在城市帶狀地形測(cè)量過(guò)程中的應(yīng)用進(jìn)行了全面的分析研究，在這個(gè)基礎(chǔ)之上也是提出了下文之中的一些內(nèi)容，希望能夠給與在同行業(yè)進(jìn)行工作的人員可以提供出一定價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)測(cè)量；帶狀地形；RTK GPS；三維建模

1 引言

鞍山市城區(qū)地勢(shì)東高西低，東部為山區(qū)西部為平原，居民地與工礦企業(yè)交融，每年的城市發(fā)展變化較快，特別是建筑物密集區(qū)域各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的劃分也比較模糊。因此需要統(tǒng)一從新規(guī)范各個(gè)區(qū)鎮(zhèn)邊界，同時(shí)測(cè)繪區(qū)鎮(zhèn)相交邊界周邊1公里范圍內(nèi)地形圖。針對(duì)于城市帶狀地形圖自身特殊性，人工測(cè)量比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且測(cè)區(qū)內(nèi)地物復(fù)雜，所以采用常規(guī)的測(cè)量方式是難以快速采集準(zhǔn)確有效的地形數(shù)據(jù)。對(duì)于這一點(diǎn)而言，一直以來(lái)都是城市地形測(cè)量過(guò)程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題。對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)量方法來(lái)說(shuō)，現(xiàn)如今應(yīng)用比較多的主要是航空攝影測(cè)量，其應(yīng)用以及發(fā)展也是相對(duì)來(lái)說(shuō)比較成熟，但是，依然是存在著前期定界困難、測(cè)繪數(shù)據(jù)后期處理過(guò)程中比較復(fù)雜、繁瑣，系統(tǒng)搭載能力局限性較大，成圖周期比較長(zhǎng)等方面的不足。然而隨著無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)在一定程度上也是有效的彌補(bǔ)了航空攝影所存在著的不足，有效的提升了測(cè)量的精度，同時(shí)也降低了測(cè)量成本。此外無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)地形測(cè)量技術(shù)的運(yùn)用，不但可以更好的滿(mǎn)足城市帶狀地形測(cè)量的精度要求，而且還可以有效提升測(cè)量的工作效率，節(jié)省作業(yè)工期，減少人力、物力和設(shè)備的投入，節(jié)省測(cè)量成本。伴隨著無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)研究的不斷深入，在其他人工地面測(cè)量領(lǐng)域之中，無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)地形的測(cè)量技術(shù)即將會(huì)更好的展現(xiàn)出自身的大好優(yōu)勢(shì)，從而在運(yùn)用技術(shù)得到完善后，將逐漸取代傳統(tǒng)人工地面地形測(cè)量中的繁重野外測(cè)量工作。

2 原理以及校驗(yàn)方法的分析

2.1 無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)原理分析

針對(duì)于無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)地形測(cè)量系統(tǒng)而言，主要是經(jīng)過(guò)控制飛行的單元以及地面控制單元和測(cè)量作業(yè)單位等內(nèi)容所組成，其中包括一些硬件和數(shù)據(jù)采集處理的軟件。

對(duì)于空中的飛行單元而言，主要是采用了八旋翼的直升機(jī)作為其基本的搭載飛行平臺(tái)，其野外地形測(cè)量的組成主要有飛行單元和控制單元。野外地形測(cè)量飛行單元主要由機(jī)載的RTK GPS以及機(jī)載激光測(cè)距串崗器和機(jī)載數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)等工作單元所組成；野外地形測(cè)量的地面控制單元主要是通過(guò)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)以及飛行運(yùn)行控制軟件，外業(yè)測(cè)量工作站組成。

2.2 校驗(yàn)方法分析

對(duì)于無(wú)人機(jī)地形測(cè)量的技術(shù)而言，其技術(shù)模式與作業(yè)原理和RTK三維測(cè)量的作業(yè)原理基本上是相同的，并且通過(guò)機(jī)載數(shù)據(jù)的采集單元，進(jìn)而可以獲取飛行過(guò)程中的RTK GPS實(shí)時(shí)三維的定位數(shù)據(jù)以及激光測(cè)距傳感器的地面目標(biāo)測(cè)距數(shù)據(jù)和飛行的姿態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)一些后處理軟件可以計(jì)算出地面目標(biāo)的三維坐標(biāo)。

3 結(jié)果以及討論的分析

3.1 應(yīng)用實(shí)例分析

通過(guò)完成《鞍山市城區(qū)鎮(zhèn)界測(cè)量工程》實(shí)施，從而對(duì)該項(xiàng)目相應(yīng)區(qū)鎮(zhèn)邊界及周邊地形圖測(cè)量實(shí)施無(wú)人機(jī)的激光測(cè)量工作。通過(guò)數(shù)據(jù)精度比對(duì)方法，采用點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理軟件中的數(shù)據(jù)檢查模塊，導(dǎo)入RTK實(shí)地采集的數(shù)據(jù)與生成的DEM進(jìn)行殘差比較，得出結(jié)果。數(shù)據(jù)精度比對(duì)采用《機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)范》實(shí)行。

3.2 創(chuàng)新點(diǎn)以及解決問(wèn)題分析

相對(duì)于無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)而言，主要是采用自主研發(fā)的機(jī)載數(shù)據(jù)采集模塊和地對(duì)空的控制系統(tǒng)軟件，這樣也是更好的實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)可以在有效的飛行空間，載荷飛行條件下能夠與多種高精度的測(cè)量設(shè)備可以一同的去進(jìn)行采集管理的功能，在這個(gè)基礎(chǔ)上也是可以更好的解決了RTK GPS和激光測(cè)距傳感器等高速率以及高精度的測(cè)量設(shè)備可以在一些小型的多旋翼無(wú)人機(jī)上進(jìn)行整合應(yīng)用的問(wèn)題。

無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)測(cè)量的工作機(jī)理主要是應(yīng)用無(wú)人機(jī)去搭載激光雷達(dá)傳感器豎直向下進(jìn)行地面測(cè)量，此外機(jī)載的RTK獲得到RTK無(wú)線(xiàn)位置的三維地理坐標(biāo)，對(duì)RTK的天線(xiàn)進(jìn)行設(shè)置，激光雷達(dá)測(cè)量傳感器的基準(zhǔn)點(diǎn)位置和激光雷達(dá)測(cè)量傳感器的姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的分析運(yùn)算，最后在分析運(yùn)算完成的數(shù)據(jù)獲得地面某一地物、地貌的三維地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

自主研發(fā)的無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)帶狀地形的測(cè)量數(shù)據(jù)交換式的處理軟件，主要是通過(guò)了人機(jī)交互式的作業(yè)方式，使其可以更好的實(shí)現(xiàn)高效率的無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)帶狀地形測(cè)量數(shù)據(jù)的處理流程，對(duì)于試驗(yàn)以及實(shí)際測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行分析之后可以得出，無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)帶狀地形圖測(cè)量系統(tǒng)，其測(cè)量的精度也是可以更好的去滿(mǎn)足帶狀地形圖測(cè)量技術(shù)要求。

無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)帶狀地形圖測(cè)量系統(tǒng)主要是通過(guò)了軟件和硬件進(jìn)行結(jié)合的一個(gè)方式，進(jìn)而更好的為帶狀地形圖的測(cè)量提供出了一個(gè)全新的測(cè)量作業(yè)方式以及解決不可能問(wèn)題的方案，采用在空中測(cè)量作業(yè)方式也是很好的解決了帶狀地形測(cè)量中所存在著的一些重難點(diǎn)問(wèn)題。通過(guò)項(xiàng)目運(yùn)行實(shí)際反饋，其無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)可以更好的去滿(mǎn)足帶狀地形圖測(cè)量業(yè)務(wù)化的生產(chǎn)作業(yè)需求，存在著較為良好的實(shí)用性，并且在我國(guó)也是具有著較為廣泛的應(yīng)用空間。

3.3 應(yīng)用前景分析

在一些技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家，研究人員已經(jīng)是將其無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)應(yīng)用到一些帶狀地形圖的測(cè)量和災(zāi)害調(diào)查以及環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面之中，然而我國(guó)的無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)依然處在一個(gè)剛剛起步階段，初期只是在一些城市的建模、區(qū)域建（構(gòu)）筑物影像調(diào)查等領(lǐng)域之中進(jìn)行了相應(yīng)的嘗試。目前伴隨著研究的不斷深入，無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)的測(cè)量精度將會(huì)在后續(xù)的開(kāi)發(fā)利用中持續(xù)得到改進(jìn)，同時(shí)其應(yīng)用的范圍也是會(huì)越來(lái)越廣泛，將會(huì)逐漸的取代傳統(tǒng)測(cè)量過(guò)程中的一些應(yīng)用，同時(shí)也將會(huì)應(yīng)用到森林地區(qū)的測(cè)量以及電網(wǎng)建設(shè)巡查、海岸線(xiàn)測(cè)量、海島填埋以及濕地變化測(cè)量等方面之中，因此存在著一個(gè)較為廣泛的發(fā)展空間。

4 總結(jié)

無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)作為一種先進(jìn)的集成測(cè)量技術(shù)方法，在采集數(shù)據(jù)方面具有傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量無(wú)法比擬的巨大優(yōu)勢(shì)，尤其在地形復(fù)雜的帶狀地形圖的數(shù)據(jù)采集方面具有廣闊的發(fā)展前景，與應(yīng)用需求。通過(guò)對(duì)上述的內(nèi)容進(jìn)行研究分析之后可以得出，影響無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)測(cè)量精度的主要因素是激光測(cè)距傳感器姿態(tài)的精度以及無(wú)人機(jī)飛行高度和飛行速度等，系統(tǒng)依然是存在著一定程度的精度、性能和穩(wěn)定性的提升空間，通過(guò)不斷的去提高采樣的頻率以及優(yōu)化傳感器的姿態(tài)穩(wěn)定精度，使其可以適應(yīng)更加精細(xì)地形測(cè)量方面的要求。本項(xiàng)目的成功實(shí)施，證明了無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行地形圖測(cè)繪是一種高效率、高精度的方法，相比于傳統(tǒng)測(cè)量方式有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)，隨著機(jī)載LIDAR 技術(shù)在行業(yè)中應(yīng)用的普及，未來(lái)的測(cè)圖工作，將更加高效便捷！

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉靜.無(wú)人機(jī)低空遙感測(cè)繪大中比例尺數(shù)字化圖的實(shí)踐與探索[J].科學(xué)與財(cái)富，2017（20）.

[2] 潘才官，陸遠(yuǎn).無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與濾波處理分析[J].港口科技，2017（8）.

[3] 苑方艷.鏡頭無(wú)人機(jī)傾斜攝影的三維建模 [J].遙感信息， 2017（6）.