倾斜摄影和激光雷达技术在基础测绘建设中的应用

倾斜摄影和激光雷达技术在基础测绘建设中的应用

郭兆凯 1冯愿斌 2

1昆明清风房地产土地资产评估有限公司 2昆明麦普空间科技有限公司

【摘要】倾斜摄影技术是国际测绘遥感领域近年发展起来的一项高新技术。通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、倾斜等不同的角度采集影像，获取地面物体更为完整准确的信息。机载激光雷达(LiDAR)是一种集激光扫描与定位定姿系统于一身的测量装备。两种最新的三维测量技术在测绘行业已得到广泛的应用。

【关键词】倾斜摄影，激光雷达，测绘

倾斜摄影和激光雷达作为两种最新的三维测量技术越来越受到关注，两种新技术的应用，大大的提高了测绘工作的速度和精度，同时也大大的拓宽了测绘行业的应用服务范围。两种新技术各有优劣，应用中优势互补，很好的应用到生产实践中。现在以输电线路三维测量应用为例，对倾斜摄影和激光雷达技术进行比较。　　一、倾斜摄影技术　　

倾斜影像是指由一定倾斜角度的航摄相机所获取的影像。倾斜摄影技术是国际测绘遥感领域近年发展起来的一项高新技术，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、倾斜等不同的角度采集影像，获取地面物体更为完整准确的信息。倾斜航空摄影是利用倾斜航空相机获取地物信息的一种新型的航空摄影方式。常用的倾斜摄影技术主要有三相机和五相机组合，目前主流方案采用五相机(也有少数采用双相机或单相机的方案，但通常以采集效率降低为代价)。在一般倾斜摄影的五相机方案中，一台获取垂直影像，另外四台从前后左右四个方向同时获取地物的侧视影像。相机倾斜角度在40度到60度之间，因此可以较为完整地获取地物侧面的轮廓和纹理信息。倾斜摄影系统可以搭载在有人飞机或者无人机上，可以快速获取地物三维模型且成像效果好，是大场景三维建模的重要选择之一。倾斜摄影可以获取具有真实纹理的三维数据，适合做大范围城市三维建模、输电线路通道建模和一些对精度要求稍低的三维工程测量应用。由于倾斜摄影技术采用可见光进行测量，对天气要求较高，并且对植被下的地形无能为力，对细小物体(电塔、电力线)的建模能力不足。　　
二、激光雷达技术

1.激光雷达的分类

根据载体的不同，激光雷达技术主要分地面三维激光扫描技术和机载激光雷达扫描技术两大类，顾名思义，地面二维激光扫描系统的空间载体是地面。它将激光扫描仪直接与数码相机、GPS相结合，对目标物进行扫描成像，获取激光反射回波数据和目标表面影像，并在软件支持下构建三维数字模型和纹理的精确贴图，从而达到目标物快速、有效、精确的三维立体建模。

激光雷达技术按平台分为星载激光雷达、机载激光雷达（包括大飞机和无人飞机）和地面激光雷达。因为我国目前低空管制问题以及使用的方便性来看，地面激光雷达更有优势机载激光雷达系统则是一种高速度、长距离的航空测量设备。

2激光雷达特点

　快速获取数字高程模型激光雷达技术最主要的数据产品是高密度、高精度的激光点云数据，该数据直接反映点位的三维坐标。通过自动或人工交互处理，把人射到植被、房屋、建筑物等非地形目标上的点云进行分类、滤波或去除，然后构建不规则二角网TIN，就可以快速提取DEM。由于激光点密度大，数目多，使得生产高精度、高分辨率的DEM也成为可能，因此它是解决快速进行DEM数据采集的最有效方法，其产品精度甚至可以满足多行业对高程的需求。

机载激光雷达优化技术提取的地面三维坐标，满足高精度影像微分纠正的需要，使得数字正摄影像图（DOM）的生产变得相当容易，无需使用数字摄影测量昂贵的专业数据处理平台，在一般的遥感图像处理系统中即能实现规模化生产。

激光雷达具有穿透植被的能力，可以测量植被覆盖下的地形。同时，激光雷达获取的高精度点云数据测量精度高，适合做高精度地形测量与工程勘测、以及对精度要求很高的工程测量应用。　　　　激光雷达技术一次测量可以获取高精度的大面积的数字高程数据（DEM），已成为各种三维设计系统重要的三维数据来源。是常用于输变电线路走廊三维建模，但激光雷达不能获取被测物体颜色纹理，如要建三维模型须后期数码相机采集后，内业贴图，工作量巨大；且激光雷达设备价格较为昂贵

三、在基础测绘建设中的应用

在基础测绘工程当中利用激光雷达测绘技术首先构建出测绘的基本框架，通过对工程项目施工场地的测绘工作，获得一定的测量数据，实现工程项目的基本要求和主要施工目的，基础测绘是对有关测量物体的基本信息进行搜集和整理，需要构建图像的基本架构，确定平面图的大方向，建立三维坐标，获得基本的数据点，最后生成数字影像的过程 。

为了得到准确的测量数据，在测量中使用激光发射仪，通过激光发射在不影响工程设施的基础上更快的测出测量结果。打开激光发射装置，放置在待测量的原件上，连接计算机进行数据的实施传输，开启雷达装置，当激光发生偏移时可以启动警报。利用计算机成像系统生成基本图像，标注目标点的大致位置，为后期的精密图像绘制做好基础工作。在得到基础图像的基础上测量建筑、变形、沉降等精密数据，这些精密测绘工作大多会涉及测量目标采集和三维物体模型构建工作。无论是测量目标采集还是三维物体模型构建，都要求有准确的测绘数据支持，利用激光雷达得到比较精准的测绘数据，基本满足精密测绘工作要求。在激光扫描中心发射激光到测点上，传输到计算机端转化成三维坐标。经过精密测量还需要对获得的精确数据信息进行处理，达到精化的效果。

通过机载激光雷达采集测区全区域激光点云数据该方式能够获取测区范围内几乎所有的地物信息结合车载激光雷达补充采集所有城市道路以及道路两侧城市部件等各类要素。充分利用现有的具有一定厚度和大小的道路标线停车线外角道路分割线外角箭头等易于识别的特征地物根据扫描路线的实际情况每间隔约２００ｍ布设１个纠正点采用ＶＲＳ－ＲＴＫ模式施测每点独立初始化２次每次采集２组数据每组采集时间为１０ｓ４组数据的平面点位较差小于２ｃｍ时取其平均值作为平面测量最终成果检测３０％的纠正点检测坐标与实测坐标较差应小于3cm。根据采集的纠正点数据利用ＣｏＲｅｆｉｎｅ软件将纠正点和检查点数据导入并依据纠正点和检查点实际采集三维坐标位置将点位固定在点云实际位置处标记完所有纠正点和检查点完成数据纠图４轨迹解算正同时生成纠正点和检查点精度报告若精度符合设计要求则将检查点同时设置为纠正点再次进行纠正以提高点云纠正精度。

由于希望交通要素信息服务于高精地图导航各类道路边线车道线斑马线道路标识行树路灯电杆花圃等一系列道路资产信息的精度要求较高，通过车载点云提取城市道路及其附属部件等要素能够满足交通要素的高精度需求在利用软件自动半自动提取的基础上进行人工修整道路附属物根据点云及车载全景影像判断类别后通过点要素方式进行添加。

采用ＥＰＳ三维采编系统将数据编辑的内容原则和方法按照１∶５００１∶１０００１∶２０００数字地形测量规范ＤＧＴＪ０８－８６－２０１０基于地理实体的全息实体要素分类与代码基于地理实体的全息数据库数据字典等要求执行。

结语

现阶段新型基础测绘成果可以为智慧城市建设提供必须的基础空间地图，随着智慧城市的不断推进，新型基础测绘成果的应用需求也会越来越广泛，如自动驾驶高精度地图、城市精细化管理、BIM应用、5G信号仿真、物联网以及战场态势评估等方面都会产生巨大价值。

  参考文献：
         [1]  徐晓臣,谢津平.机载激光雷达技术在乌龙山抽水蓄能电站工程测量中的应用[J].水利水电技术,2017,48(10):95-103.
         [2]  王丽英,夏玉红,宣野,等.多回波激光雷达点云冗余数据辨识及消除[J].测绘科学,2018,42(6):15-21.