鞍山市城區鎮界測量工程中無人機激光雷達技術的應用與研究

金忠誠

摘 要：無人機激光雷達技術是一種新型的測量技術，其優勢是很明顯的，測量工作中能發揮出全能性、全天候、全球性以及精密性等特點，且有著較高的精度，應用價值極高；對城市規劃、城鎮地形地籍、農村地籍等項目以及在多山地區、建筑物密集區域有獨特的優勢。例如在城市建筑物密集區域帶狀地形圖作業的過程中常規的測量手段依然是存在著比較多的困難，因此采用無人機搭載平臺搭載激光雷達測距傳感器和RTK GPS等設備在空中實施三維地形圖數據采集工作，通過校驗場人工常規測量結果進行比對校核，測量結果可以更好的滿足地形測量方面的技術要求。因此在本文之中，主要是針對無人機激光雷達測量技術在城市帶狀地形測量過程中的應用進行了全面的分析研究，在這個基礎之上也是提出了下文之中的一些內容，希望能夠給與在同行業進行工作的人員可以提供出一定價值的參考。

關鍵詞：無人機激光雷達測量；帶狀地形；RTK GPS；三維建模

1 引言

鞍山市城區地勢東高西低，東部為山區西部為平原，居民地與工礦企業交融，每年的城市發展變化較快，特別是建筑物密集區域各個鄉鎮的劃分也比較模糊。因此需要統一從新規范各個區鎮邊界，同時測繪區鎮相交邊界周邊1公里范圍內地形圖。針對于城市帶狀地形圖自身特殊性，人工測量比較費時費力，并且測區內地物復雜，所以采用常規的測量方式是難以快速采集準確有效的地形數據。對于這一點而言，一直以來都是城市地形測量過程中的重點、難點問題。對于傳統的測量方法來說，現如今應用比較多的主要是航空攝影測量，其應用以及發展也是相對來說比較成熟，但是，依然是存在著前期定界困難、測繪數據后期處理過程中比較復雜、繁瑣，系統搭載能力局限性較大，成圖周期比較長等方面的不足。然而隨著無人機的出現在一定程度上也是有效的彌補了航空攝影所存在著的不足，有效的提升了測量的精度，同時也降低了測量成本。此外無人機激光雷達地形測量技術的運用，不但可以更好的滿足城市帶狀地形測量的精度要求，而且還可以有效提升測量的工作效率，節省作業工期，減少人力、物力和設備的投入，節省測量成本。伴隨著無人機激光雷達測量技術研究的不斷深入，在其他人工地面測量領域之中，無人機激光雷達地形的測量技術即將會更好的展現出自身的大好優勢，從而在運用技術得到完善后，將逐漸取代傳統人工地面地形測量中的繁重野外測量工作。

2 原理以及校驗方法的分析

2.1 無人機激光雷達測量系統原理分析

針對于無人機激光雷達地形測量系統而言，主要是經過控制飛行的單元以及地面控制單元和測量作業單位等內容所組成，其中包括一些硬件和數據采集處理的軟件。

對于空中的飛行單元而言，主要是采用了八旋翼的直升機作為其基本的搭載飛行平臺，其野外地形測量的組成主要有飛行單元和控制單元。野外地形測量飛行單元主要由機載的RTK GPS以及機載激光測距串崗器和機載數據采集存儲系統等工作單元所組成；野外地形測量的地面控制單元主要是通過無線數據傳輸電臺以及飛行運行控制軟件，外業測量工作站組成。

2.2 校驗方法分析

對于無人機地形測量的技術而言，其技術模式與作業原理和RTK三維測量的作業原理基本上是相同的，并且通過機載數據的采集單元，進而可以獲取飛行過程中的RTK GPS實時三維的定位數據以及激光測距傳感器的地面目標測距數據和飛行的姿態數據，通過一些后處理軟件可以計算出地面目標的三維坐標。

3 結果以及討論的分析

3.1 應用實例分析

通過完成《鞍山市城區鎮界測量工程》實施，從而對該項目相應區鎮邊界及周邊地形圖測量實施無人機的激光測量工作。通過數據精度比對方法，采用點云數據處理軟件中的數據檢查模塊，導入RTK實地采集的數據與生成的DEM進行殘差比較，得出結果。數據精度比對采用《機載激光雷達數據處理技術規范》實行。

3.2 創新點以及解決問題分析

相對于無人機激光雷達測量系統而言，主要是采用自主研發的機載數據采集模塊和地對空的控制系統軟件，這樣也是更好的實現了無人機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量設備可以一同的去進行采集管理的功能，在這個基礎上也是可以更好的解決了RTK GPS和激光測距傳感器等高速率以及高精度的測量設備可以在一些小型的多旋翼無人機上進行整合應用的問題。

無人機激光雷達測量的工作機理主要是應用無人機去搭載激光雷達傳感器豎直向下進行地面測量，此外機載的RTK獲得到RTK無線位置的三維地理坐標，對RTK的天線進行設置，激光雷達測量傳感器的基準點位置和激光雷達測量傳感器的姿態數據進行合理的分析運算，最后在分析運算完成的數據獲得地面某一地物、地貌的三維地理坐標數據。

自主研發的無人機激光雷達帶狀地形的測量數據交換式的處理軟件，主要是通過了人機交互式的作業方式，使其可以更好的實現高效率的無人機激光雷達帶狀地形測量數據的處理流程，對于試驗以及實際測量的結果進行分析之后可以得出，無人機激光雷達帶狀地形圖測量系統，其測量的精度也是可以更好的去滿足帶狀地形圖測量技術要求。

無人機激光雷達帶狀地形圖測量系統主要是通過了軟件和硬件進行結合的一個方式，進而更好的為帶狀地形圖的測量提供出了一個全新的測量作業方式以及解決不可能問題的方案，采用在空中測量作業方式也是很好的解決了帶狀地形測量中所存在著的一些重難點問題。通過項目運行實際反饋，其無人機激光雷達測量系統可以更好的去滿足帶狀地形圖測量業務化的生產作業需求，存在著較為良好的實用性，并且在我國也是具有著較為廣泛的應用空間。

3.3 應用前景分析

在一些技術發達國家，研究人員已經是將其無人機激光雷達測量技術應用到一些帶狀地形圖的測量和災害調查以及環境監測等方面之中，然而我國的無人機激光雷達測量技術依然處在一個剛剛起步階段，初期只是在一些城市的建模、區域建（構）筑物影像調查等領域之中進行了相應的嘗試。目前伴隨著研究的不斷深入，無人機激光雷達測量技術的測量精度將會在后續的開發利用中持續得到改進，同時其應用的范圍也是會越來越廣泛，將會逐漸的取代傳統測量過程中的一些應用，同時也將會應用到森林地區的測量以及電網建設巡查、海岸線測量、海島填埋以及濕地變化測量等方面之中，因此存在著一個較為廣泛的發展空間。

4 總結

無人機激光雷達測量技術作為一種先進的集成測量技術方法，在采集數據方面具有傳統航空攝影測量無法比擬的巨大優勢，尤其在地形復雜的帶狀地形圖的數據采集方面具有廣闊的發展前景，與應用需求。通過對上述的內容進行研究分析之后可以得出，影響無人機激光雷達測量精度的主要因素是激光測距傳感器姿態的精度以及無人機飛行高度和飛行速度等，系統依然是存在著一定程度的精度、性能和穩定性的提升空間，通過不斷的去提高采樣的頻率以及優化傳感器的姿態穩定精度，使其可以適應更加精細地形測量方面的要求。本項目的成功實施，證明了無人機激光雷達測量技術進行地形圖測繪是一種高效率、高精度的方法，相比于傳統測量方式有著不可比擬的優勢，隨著機載LIDAR 技術在行業中應用的普及，未來的測圖工作，將更加高效便捷！

參考文獻：

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