［摘 要］ 本文研究RTK、三維激光掃描和無(wú)人機(jī)三種地形圖測(cè)繪的方法。RTK采用傳統(tǒng)單點(diǎn)測(cè)圖的方法，三維激光掃描采用三維點(diǎn)云測(cè)繪圖的方法，無(wú)人機(jī)采用三維實(shí)景模型測(cè)圖的方法。研究結(jié)果表明：大場(chǎng)景的地形圖測(cè)繪，采用RTK進(jìn)行單點(diǎn)測(cè)圖測(cè)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(wú)人機(jī)進(jìn)行測(cè)圖測(cè)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(duì)不同要求的地形圖測(cè)繪項(xiàng)目，選擇合適的地形圖測(cè)繪方法極為重要。?

［關(guān)鍵詞］ 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量(RTK)；三維激光掃描；無(wú)人機(jī)；地形圖

引言?

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，地形圖測(cè)繪方法由傳統(tǒng)的全站儀和RTK測(cè)量，發(fā)展到今天的三維激光掃描測(cè)量和無(wú)人機(jī)的測(cè)量，不僅采集方式發(fā)生變化，而且數(shù)據(jù)處理的方式也發(fā)生了較大的變化，相對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)量節(jié)省了較大人力和物力。另外隨著社會(huì)的發(fā)展三維激光掃描測(cè)量的搭載的設(shè)備又延伸到了車(chē)載和機(jī)載的三維激光掃描測(cè)量，采集方式更勝一籌。而無(wú)人機(jī)測(cè)量作為目前測(cè)繪行業(yè)最熱門(mén)的測(cè)量方式，也存在較多問(wèn)題待解決。本文針對(duì)這三種測(cè)繪方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單的對(duì)比分析。

01研究對(duì)象介紹

本文研究對(duì)象為江蘇省師范大學(xué)泉山校區(qū)， 該對(duì)象位于江蘇省徐州市銅山區(qū)，地勢(shì)較為平坦，周邊有高山。黑色實(shí)線范圍為研究對(duì)象的測(cè)區(qū)范圍，測(cè)區(qū)范圍內(nèi)高層建筑物和樹(shù)木較多，地物較為復(fù)雜。測(cè)區(qū)面積約為0.8km2，研究對(duì)象的測(cè)區(qū)范圍如圖１所示。?

圖１ 研究對(duì)象測(cè)區(qū)范圍

02數(shù)據(jù)采集

本文數(shù)據(jù)的獲取主要利用三種測(cè)量方法，依次是RTK測(cè)量方法、三 維激光掃描方法和無(wú)人機(jī)測(cè)量方法。

2.1 RTK 數(shù)據(jù)采集?

RTK 數(shù)據(jù)采集使用的是天宇 Ｇ１RTK 測(cè)量 系統(tǒng)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量(RTK)精度 為±(１０ｍｍ＋ １ｍｍ／ｋｍ·ｄ)，ｄ 為被測(cè)點(diǎn)間距離，儀器內(nèi)置傾斜補(bǔ)償器，根據(jù)對(duì)中桿傾斜方向和角度自動(dòng)校正坐標(biāo)，測(cè)量方式為網(wǎng)絡(luò)模式(網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)站和移動(dòng)站)。數(shù)據(jù)采集時(shí)，首先確定測(cè)區(qū)范圍的地理概況，然后根據(jù)測(cè)區(qū)范圍的現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)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(cè)區(qū)范圍的兩端向中間進(jìn)行。當(dāng)使用RTK測(cè)量完成后，由于RTK信號(hào)受高層建筑物和高大樹(shù)木的影響無(wú)法再使用RTK進(jìn)行測(cè)量，可使用全站儀進(jìn)行輔助測(cè)量。該方法進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集用時(shí)32ｈ。數(shù)據(jù)采集主要流程如圖２所示。

圖２ RTK數(shù)據(jù)獲取流程

2.2 三維激光掃描數(shù)據(jù)采集

三維激光掃描數(shù)據(jù)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(diǎn) 掃 描)，儀器內(nèi)置雙軸傾斜傳感器，可自動(dòng)校正掃描儀，激光掃描方式為脈沖式。數(shù)據(jù)采集時(shí)，首先確定測(cè)區(qū)范圍的地理概況，然后根據(jù)測(cè)區(qū)范圍的現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行布設(shè)掃描 測(cè)站和控制點(diǎn)，最終布設(shè)掃描測(cè)站44站，其中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況增加了５站，共掃描４９測(cè)站，采集特征控制點(diǎn)１６個(gè)。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(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集用時(shí)１２ｈ。三維激光掃描數(shù)據(jù)采集主要流程如圖３所示。

圖３ 三維激光掃描數(shù)據(jù)獲取流程

2.3 無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)采集

無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)采集使用的設(shè)備是大疆 Phantom4RTK 智能型無(wú)人機(jī)，有效像素２０００萬(wàn)(總 像素 ２０４８ 萬(wàn))。定位精度為垂直(１．５ｃｍ＋ １ｐｐｍ)和水平(１ｃｍ＋１ｐｐｍ)，１ｐｐｍ 為無(wú)人機(jī)每移動(dòng)１ｋｍ 誤差增加１ｍｍ。內(nèi)置圖像補(bǔ)償器， 自動(dòng)校正相機(jī)中心相對(duì)于機(jī)載Ｄ-RTK天線相位中心的位置。數(shù)據(jù)采集時(shí)，首先確定測(cè)區(qū)范圍的地理概況，然后根據(jù)測(cè)區(qū)范圍發(fā)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行航線的規(guī)劃和像控點(diǎn)的布設(shè)，由于測(cè)區(qū)范圍的地勢(shì)環(huán)境較差，把測(cè)區(qū)范圍分為２區(qū)，其中每個(gè)區(qū)規(guī)劃５個(gè)架次，最終規(guī)劃了10個(gè)架次，另外根據(jù)地勢(shì)情況布設(shè)了25個(gè)像控點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集方式為五個(gè)不同 (一個(gè)垂直、四個(gè)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(jù) 地面分辨率計(jì)算 ＧＳＤ 約為３ｃｍ／ｐｉｘｅｌ如式(１) 所示。該方法野外數(shù)據(jù)采集用時(shí)８ｈ。無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)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(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)獲取流程

03數(shù)據(jù)處理

RTK、三維激光掃描和無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)處理使用的是同一臺(tái)筆記本 電腦，型號(hào)為戴爾外星人(Alien-ware)AREA－51Ｍ，處理器為i7-9700K(12MB緩存， 睿頻4.9GHz4)，運(yùn)行內(nèi)存為64GB，顯卡為NVID GEForceRTXTM20708GBGDDR6256bit，硬盤(pán)為1TPCIE 固態(tài)硬盤(pán)，顯為操作系統(tǒng)為win10 64位統(tǒng)。

3.1 RTK數(shù)據(jù)處理?

RTK 數(shù)據(jù)處理使用的是 CASS9.1軟件，該軟件主要是針對(duì) RTK 和全站儀采集的野外數(shù)據(jù)進(jìn)行地形圖的繪制。由于該地形 圖 是使用兩種儀器進(jìn)行測(cè)繪的，因此在繪制地形圖之前需要將野外采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并和格式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成 CASS9.1軟件可以導(dǎo)入的格式(點(diǎn)名，Ｘ，Ｙ，Ｚ轉(zhuǎn)為點(diǎn)名，Ｙ，Ｘ，Ｚ)。然后導(dǎo)入到 CASS9.1軟件中 展野外測(cè)點(diǎn)點(diǎn)號(hào)，根據(jù)野外繪制的草圖或者野外測(cè)點(diǎn)點(diǎn)名進(jìn)行地形圖的繪制，該方法測(cè)量精度受地理環(huán)境因素影響較大、效率較低。RTK 的數(shù) 據(jù)處理主要流程如圖５所示。

圖５ RTK數(shù)據(jù)處理流程

3.2 地面三維激光掃描數(shù)據(jù)處理?

三維激光掃描數(shù)據(jù)處理使用的是 Riscanpro1.6.4 和 EPS2016 三維測(cè)圖軟件，Riscanpro1.6.4軟件主要是將野外采集的三維激光點(diǎn)云數(shù) 據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)和去噪，EPS2016三維測(cè)圖軟件依據(jù) 處理后的三維激光點(diǎn)云模型進(jìn)行三維測(cè)圖。首先數(shù)據(jù)處理前需要將三維激光點(diǎn)云進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成可以導(dǎo)入到 Riscanpro1.6.4 軟件的格式再進(jìn)行下一步的處理。另外在三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)之前需要將掃描的49個(gè)測(cè)站數(shù)據(jù)依次導(dǎo)入到 Riscanpro1.6.4軟件中進(jìn)行壓 縮，以便于快速的進(jìn)行配準(zhǔn)。配準(zhǔn)是依據(jù)采集的控制點(diǎn)對(duì)掃描的數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，使掃描坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成工程坐標(biāo)系，坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換主要是計(jì)算七參數(shù)(平移參數(shù)３個(gè)、旋轉(zhuǎn)參數(shù)３個(gè)和縮放參數(shù)１個(gè))。然后將配準(zhǔn)完的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪，保留對(duì)三維測(cè)圖有價(jià)值的三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)。最后將處理后的測(cè)區(qū)范圍導(dǎo)入到 EPS2016 三維測(cè)圖軟件中進(jìn)行地形圖的繪制，該方法測(cè)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(shù)據(jù)處理的主要流程如圖６所示。

圖６ 三維激光掃描數(shù)據(jù)處理流程

3.3 無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)處理

無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)處理使用的是Smart3D4.4.9 和 EPS2016三維測(cè) 圖軟件，Smart3D軟件是將采集的無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)區(qū)正射影像和三維實(shí)景模型的構(gòu)建，EPS2016三維測(cè)圖軟件是依據(jù)測(cè)區(qū)正射影像和三維實(shí)景模型進(jìn)行三維測(cè)圖。

首先在進(jìn)行無(wú)人機(jī)影像處理前需要對(duì)野外采集的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，剔除曝光過(guò)度、模糊和重復(fù)的影像，否則會(huì)導(dǎo)致Smart3D軟件處理過(guò)程中失敗。然后將采集的像控點(diǎn)刺在無(wú)人機(jī)影像上，進(jìn)行空中三角測(cè)量的處理，由于大疆Phantom4RTK 采集的pos數(shù)據(jù)自動(dòng)寫(xiě)入到影像，因此在進(jìn)行空中三角測(cè)量處理時(shí)，不必再導(dǎo)入pos數(shù)據(jù)，刺完像控點(diǎn)后進(jìn)行空中三角測(cè)量處理即可。另外根據(jù)工程需要，在Smart3D軟件中設(shè)置好參數(shù)后，軟件會(huì)自動(dòng)的構(gòu)建測(cè)區(qū)的正射影像和三維實(shí)景模型。最后在EPS2016三維測(cè)圖軟件中根據(jù)二維正射影像和三維實(shí)景模型實(shí)現(xiàn)二三維聯(lián)動(dòng)的進(jìn)行地形圖的繪制，該方法測(cè)量精度受地理環(huán)境影響因素較小、效率較高。無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)處理的主要流程如圖７所示。

圖７ 無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)處理流程

04綜合分析

通過(guò)對(duì)表１分析得到：

表１ 地形圖測(cè)繪不同方法對(duì)比表

• 數(shù)據(jù)量和所占內(nèi)存

這三種方法進(jìn)行地形圖測(cè)繪采集的數(shù)據(jù)量和所占內(nèi)存相差較大。RTK采集的數(shù)據(jù)量和所占內(nèi)存相對(duì)于三維激光 掃描采集的數(shù)據(jù)量和所占內(nèi)存少(小)的可以忽略不計(jì)，但是RTK采集的數(shù)據(jù)都是特征數(shù)據(jù)，而三維激光掃描和無(wú)人機(jī)采集的數(shù)據(jù)存在大量的冗余和噪點(diǎn)，必須予以剔除后方可使用，處理過(guò)程較為復(fù)雜，并且對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備內(nèi)存要求較高。

• 內(nèi)業(yè)和外業(yè)用時(shí)

這三種方法進(jìn)行地形圖測(cè)繪內(nèi)外業(yè)用時(shí)相差較大，RTK外業(yè)用時(shí)長(zhǎng)，但是內(nèi)業(yè)用時(shí)短。而三維激光掃描和無(wú)人機(jī)測(cè)繪外業(yè)用時(shí)短，但是內(nèi)業(yè)用時(shí)較長(zhǎng)。并且內(nèi)外業(yè)總用時(shí)也較短。再者RTK 測(cè)量受地勢(shì)和信號(hào)影響較大，而三維激光掃描和無(wú)人機(jī)測(cè)量相對(duì)于 RTK 測(cè)量來(lái)說(shuō)受地勢(shì)和信號(hào)影響較小。?

• 自動(dòng)化和設(shè)備成本

這三種方法進(jìn)行地形圖測(cè)繪自動(dòng)化程度和設(shè)備的成本相差較大， RTK測(cè)量自動(dòng)化程度低，但是設(shè)備成本較低，一般大中小型的測(cè)繪單位都有該設(shè)備。三維激光掃描測(cè)量自動(dòng)化程度較高，但是相對(duì)于無(wú)人機(jī)測(cè)量來(lái)說(shuō)還是較低，無(wú)人機(jī)測(cè)量的自動(dòng)化程度在這三種方法中尤其突出。另外三維激光掃描設(shè)備價(jià)格昂貴，一般中小型的測(cè)繪單位是負(fù)擔(dān)不起的，無(wú)人機(jī)測(cè)量設(shè)備價(jià)格和RTK 測(cè)量設(shè)備價(jià)格相仿，可根據(jù)工程需要選擇合適的測(cè)繪方法。

05結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)這幾種大比例尺地形圖測(cè)繪方法的 對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，有幾個(gè)需要進(jìn)一步研究解決的問(wèn)題：

RTK 測(cè)量技術(shù)在數(shù)據(jù)采集時(shí)，針對(duì)信號(hào)較差地方的數(shù)據(jù)采集問(wèn)題較為困難。

三維激光掃描測(cè)量技術(shù)雖然精度較高，但是在數(shù)據(jù)采集時(shí)存在大量的冗余和噪點(diǎn)，數(shù)據(jù)處理過(guò)程中較為麻煩。

無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)在數(shù)據(jù)處理時(shí)，建筑物附近的茂盛樹(shù)木對(duì)構(gòu)建三維實(shí)景模型的影像和空地影像聯(lián)合建模的問(wèn)題，都需要進(jìn)一步的解決。

文章轉(zhuǎn)載于北京測(cè)繪作者：邵紅偉本文僅限行業(yè)學(xué)習(xí)交流之用，版權(quán)、著作權(quán)歸原載平臺(tái)及作者所有如有侵權(quán)請(qǐng)告知?jiǎng)h除

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大疆P4RTK結(jié)合PPK免相控進(jìn)行露天礦土石方量計(jì)算并與三維激光掃描及RTK測(cè)量方式對(duì)比分析【航測(cè)必看】1∶500 無(wú)人機(jī)航測(cè)成圖誤差分析及高精度成圖關(guān)鍵技術(shù)測(cè)繪人必須了解的11個(gè)RTK基礎(chǔ)知識(shí)一文講透激光雷達(dá)，你想了解的都在這里由入門(mén)到精通，所有的干貨教程都在這

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的netflow报文格式与数据处理流程分析_RTK、三维激光扫描、无人机倾斜摄影在大比例尺地形图测绘的对比分析...的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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