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(yōu)勢是很明顯的，測量工作中能發(fā)揮出全能性、全天候、全球性以及精密性等特點，且有著較高的精度，應用價值極高；對城市規(guī)劃、城鎮(zhèn)地形地籍、農(nóng)村地籍等項目以及在多山地區(qū)、建筑物密集區(qū)域有獨特的優(yōu)勢。例如在城市建筑物密集區(qū)域帶狀地形圖作業(yè)的過程中常規(guī)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(shù)據(jù)采集工作，通過校驗場人工常規(guī)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(nèi)容，希望能夠給與在同行業(yè)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(qū)地勢東高西低，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)范各個區(qū)鎮(zhèn)邊界，同時測繪區(qū)鎮(zhèn)相交邊界周邊1公里范圍內(nèi)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(qū)內(nèi)地物復雜，所以采用常規(guī)的測量方式是難以快速采集準確有效的地形數(shù)據(jù)。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(tǒng)的測量方法來說，現(xiàn)如今應用比較多的主要是航空攝影測量，其應用以及發(fā)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(shù)據(jù)后期處理過程中比較復雜、繁瑣，系統(tǒng)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(xiàn)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(jié)省作業(yè)工期，減少人力、物力和設備的投入，節(jié)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(xiàn)出自身的大好優(yōu)勢，從而在運用技術得到完善后，將逐漸取代傳統(tǒng)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(tǒng)原理分析

針對于無人機激光雷達地形測量系統(tǒng)而言，主要是經(jīng)過控制飛行的單元以及地面控制單元和測量作業(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(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)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(shù)據(jù)傳輸電臺以及飛行運行控制軟件，外業(yè)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(yè)原理和RTK三維測量的作業(yè)原理基本上是相同的，并且通過機載數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)以及激光測距傳感器的地面目標測距數(shù)據(jù)和飛行的姿態(tài)數(shù)據(jù)，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(qū)鎮(zhèn)界測量工程》實施，從而對該項目相應區(qū)鎮(zhèn)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(shù)據(jù)精度比對方法，采用點云數(shù)據(jù)處理軟件中的數(shù)據(jù)檢查模塊，導入RTK實地采集的數(shù)據(jù)與生成的DEM進行殘差比較，得出結果。數(shù)據(jù)精度比對采用《機載激光雷達數(shù)據(jù)處理技術規(guī)范》實行。

3.2 創(chuàng)新點以及解決問題分析

相對于無人機激光雷達測量系統(tǒng)而言，主要是采用自主研發(fā)的機載數(shù)據(jù)采集模塊和地對空的控制系統(tǒng)軟件，這樣也是更好的實現(xiàn)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(tài)數(shù)據(jù)進行合理的分析運算，最后在分析運算完成的數(shù)據(jù)獲得地面某一地物、地貌的三維地理坐標數(shù)據(jù)。

自主研發(fā)的無人機激光雷達帶狀地形的測量數(shù)據(jù)交換式的處理軟件，主要是通過了人機交互式的作業(yè)方式，使其可以更好的實現(xiàn)高效率的無人機激光雷達帶狀地形測量數(shù)據(jù)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(tǒng)，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(tǒng)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(yè)方式以及解決不可能問題的方案，采用在空中測量作業(yè)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(tǒng)可以更好的去滿足帶狀地形圖測量業(yè)務化的生產(chǎn)作業(yè)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(fā)達國家，研究人員已經(jīng)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(diào)查以及環(huán)境監(jiān)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(qū)域建（構）筑物影像調(diào)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(xù)的開發(fā)利用中持續(xù)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(tǒng)測量過程中的一些應用，同時也將會應用到森林地區(qū)的測量以及電網(wǎng)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(fā)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(shù)據(jù)方面具有傳統(tǒng)航空攝影測量無法比擬的巨大優(yōu)勢，尤其在地形復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，與應用需求。通過對上述的內(nèi)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(tài)的精度以及無人機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(tǒng)測量方式有著不可比擬的優(yōu)勢，隨著機載LIDAR 技術在行業(yè)中應用的普及，未來的測圖工作，將更加高效便捷！

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