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        三維激光移動測量技術(shù)在地形測量中的應(yīng)用

        2020-08-16 13:48:32張新盈
        商情 2020年35期
        關(guān)鍵詞:外業(yè)測繪激光

        張新盈

        【摘要】傳統(tǒng)地形測量方法工作量大、效率低、數(shù)據(jù)采集量大、精度要求高、技術(shù)人員投入多、時間周期緊、成本高,快速高效的地形測量方法急需運用到實際的地形測量工作當中。三維激光移動測量系統(tǒng)可以以多種方式快速高效的采集外業(yè)數(shù)據(jù),并通過后處理方式獲取地物真實的三維數(shù)據(jù)信息,能夠明顯提高地形測量工作的效率和精度。本文基于青寧輸氣管道工程項目,結(jié)合地形測量工作的具體要求,系統(tǒng)的闡述了采用三維激光移動測量系統(tǒng)進行地形測量的整個流程,探討了其中的部分關(guān)鍵技術(shù)。

        【關(guān)鍵詞】三維激光移動測量系統(tǒng) ?地形測量 ?精度

        一、地形測量測繪技術(shù)現(xiàn)狀

        地形測量在先階段采用的技術(shù)手段主要有以下幾種:

        (一)全站儀測圖法

        使用全站儀進行測圖包括以下幾個步驟:數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、圖形編輯以及圖形輸出。數(shù)據(jù)采集可獲取地形圖繪制所需要的實體屬性信息以及空間位置信息。

        該方法作業(yè)流程簡單、采用的設(shè)備成本較低而且數(shù)據(jù)精度高,方便進行內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè),在進行地形圖測繪時,可以同時進行地形測量和控制測量,該方法作業(yè)流程簡單、采用的設(shè)備成本較低而且數(shù)據(jù)精度高,方便進行內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè),在進行地形圖測繪時,可以同時進行地形測量和控制測量。傳輸設(shè)備、繪圖儀、計算機的連接構(gòu)成一體式的測繪系統(tǒng)極大的提升了地形圖測繪的測繪質(zhì)量及工作效率但是工作效率非常低、而且比較容易受到環(huán)境等因素的影響(如兩點間需要通視,部分復(fù)雜地區(qū)需要連續(xù)搬站)。但是工作效率非常低、而且比較容易受到環(huán)境等因素的影響(如兩點間需要通視,部分復(fù)雜地區(qū)需要連續(xù)搬站)。

        (二)RTK實時動態(tài)定位技術(shù)

        RTK具有實時、動態(tài)、快速等特點,測量過程的實時動態(tài)顯示使得工作過程較為透明、直觀;外業(yè)作業(yè)時間短;作業(yè)時間不受限制;自動化水平高;大大降低了外業(yè)測繪人員的工作強度,測圖所需的控制點數(shù)目較傳統(tǒng)測圖減少許多,"先控制測量、后碎部測圖”的測量方式得以改變,只需一個人采集數(shù)據(jù),并將其導(dǎo)入相關(guān)軟件中,可編輯各種比例尺的地形圖,減少勞動人數(shù),提升測圖效率。但作業(yè)效率仍然很低,工作量大,難以滿足工期任務(wù)要求。

        (三)近景攝影測量

        近景攝影測量的典型特點不接觸被量測對象、快速、實時地測定大量點,可以在線和實時處理數(shù)據(jù)一瞬間記錄下物體的形狀、大小、幾何位置、變形等特征數(shù)據(jù),自動化程度高。但容易受到環(huán)境因素的影響,作業(yè)范圍小。

        二、三維激光移動測量系統(tǒng)組成

        三維激光移動測量系統(tǒng)有激光掃描儀、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、時間同步模塊、GNSS天線、單反相機(機載模式)、全景相機(車載模式組成)。激光掃描儀獲取目標地物的空間信息數(shù)據(jù)有快速均勻高質(zhì)量的特點;GNSS天線獲取地物高精度定位信息和時間信息;慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可以獲取獲取數(shù)據(jù)瞬間的三維位置信息、速度信息、姿態(tài)信息,為提高定位精度常與GNSS天線組成組合導(dǎo)航系統(tǒng);單反相機和全景相機實在不同模式下獲取地物的紋理色彩信息;時間同步模塊是將GNSS天線獲取的時間信息同步給激光掃描儀、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和相機,保持系統(tǒng)各個部件單元時間的一致性。

        三、三維激光移動測量系統(tǒng)的優(yōu)勢

        三維激光移動測量系統(tǒng)可以搭載不同平臺快速獲取地表地物的三維空間信息運行成本低、自動化程度高,提高了工作效率,減少人工外業(yè)測量的危險性。其優(yōu)點十分明顯。

        (1)作業(yè)系統(tǒng)相對獨立:在整個測成圖過程中通過該系統(tǒng)及其配套軟件便能夠完成電子地圖的繪制,期間可以不需要任何底圖。

        (2)成果獲取效率高:外業(yè)測圖工作以正常行車速度可方便完成,內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進行快速的編輯處理。相對傳統(tǒng)方式而言,作業(yè)效率提高了一個數(shù)量級,測制與快速更新導(dǎo)航電子地圖的就有了很好地保障。

        (3)數(shù)據(jù)融合度高:能夠很好的與傳統(tǒng)地形圖、衛(wèi)片、航片等融合主要借助車載移動測量系統(tǒng)及其配套的處理軟件處理,獲取信息更為全面。

        (4)成本低、安全性高:完成數(shù)據(jù)采集需求人員少,降低了作業(yè)成本。而且外業(yè)大部分工作通過內(nèi)業(yè)完成,與傳統(tǒng)外業(yè)工作相比安全、舒適。

        四、三維激光移動測量系統(tǒng)的地形測量中應(yīng)用實例

        結(jié)合青寧輸氣管道選線項目利用三維激光移動測量系統(tǒng)進行地形測量。

        (一)作業(yè)依據(jù)

        (1)《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》GB/T 18314-2009

        (2)《全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量(RTK)技術(shù)規(guī)范》CH/T 2009-2010

        (3)《數(shù)字測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》GB/T 18316-2008

        (4)《高程控制測量成果質(zhì)量檢驗技術(shù)規(guī)程》CH/T 1021—2010

        (5)《平面控制測量成果質(zhì)量檢驗技術(shù)規(guī)程》CH/T 1022—2010

        (6)《機載激光雷達數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)范》CH/T 8023-2011

        (7)《數(shù)字航空攝影規(guī)范 第2部分:推掃式數(shù)字航空攝影》GB/T 27920.2-2012

        (二)采用基準

        坐標系統(tǒng):2000國家大地坐標系和1980西安坐標系;

        高程系統(tǒng):1985國家高程基準;

        坐標投影:采用高斯—克呂格投影,中央子午線120度,3度分帶;

        成圖比例尺:1:2000。

        (三)項目概況與資料收集

        測區(qū)由北向南橫跨536km,沿線以平原和丘陵為主。丘陵主要分布在山東境內(nèi),高差變化較緩,江蘇境內(nèi)以平原為主。交通路網(wǎng)發(fā)達,便于車輛通行。在谷歌地球上獲取,測區(qū)高程在14-278米之間,整體高差變化不大,航測難度系數(shù)較小。但是整個測區(qū)沿線橫跨2個軍事作戰(zhàn)區(qū),2個民用機場,1個軍民共用機場。中線距機場最近距離約為3km,以機場為中心,半徑30km內(nèi)空域受機場管制。每駕次起飛前,需征求管制單位意見,得到許可后,方可起飛航測,空域情況非常復(fù)雜。單駕次有效飛行時間較少,實際作業(yè)中航測難度較大。

        已有資料包括甲方提供的測區(qū)范圍及向國家申請的控制起算數(shù)據(jù)。

        經(jīng)向國家有關(guān)部門申請,獲取測區(qū)沿線一定數(shù)量的C級GPS控制點和四等以上水準點,作為控制數(shù)據(jù)的起算數(shù)據(jù)。

        (四)控制測量

        根據(jù)本測區(qū)技術(shù)設(shè)計書的要求,本次D級GPS控制網(wǎng)測量選擇中央子午線為120°00′00″,投影面分別為1980西安坐標系參考橢球面和2000國家大地坐標系參考橢球面。起算點共12個,分別為江蘇省范圍內(nèi)的3065﹑3073、5063、3252、3253、3167、3249和山東省范圍內(nèi)的GPS54、GPS57、C099、C098、C094。

        本次D級GPS控制網(wǎng)測量投入南方S86型雙頻三星GPS接收機7臺套(備用1套)。接收機出廠編號為0297﹑6145﹑0871﹑9725﹑0188﹑6131和3486。經(jīng)國家光電測距儀檢測中心鑒定為合格,在有效期范圍內(nèi)。本次觀測以前,該套設(shè)備已開展過多個測區(qū)的GPS控制測量任務(wù),儀器性能穩(wěn)定,觀測質(zhì)量良好。

        經(jīng)外業(yè)觀測及網(wǎng)平差,平差后最弱邊相對中誤差為1/495136,滿足規(guī)程要求。

        (五)航測作業(yè)采集數(shù)據(jù)

        控制點布設(shè)完畢后,按照航線設(shè)計方案進行數(shù)據(jù)采集。機載移動測量系統(tǒng)由多個傳感器集合而成,系統(tǒng)關(guān)聯(lián)程度大,技術(shù)復(fù)雜度高,為保證完成高質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集,通常需要做好如下環(huán)節(jié):設(shè)備安裝與基站架設(shè);偏心矢量測量;確定作業(yè)時間;飛行前準備工作;數(shù)據(jù)采集;補飛或重飛。

        (六)數(shù)據(jù)處理及激光雷達數(shù)據(jù)處理及3D數(shù)據(jù)生產(chǎn)如下圖1、圖2。

        五、結(jié)論

        地形測量作業(yè)范圍廣,地形復(fù)雜,條件艱苦,工作量大,精度要求高,傳統(tǒng)測量的辦法進行地形測量效率較低、需要大量的外業(yè)人力投入,成本高、時間長,而且受天氣影響極大,外業(yè)計劃變數(shù)大使得整個作業(yè)流程受影響,效率地下。三維激光移動測量技術(shù)的快速獲取地表地物的真實三維數(shù)據(jù)信息的特性正好彌補了傳統(tǒng)作業(yè)的不足:效率高,人員投入少,可以廣泛運用到各種地形測量工作中。

        基于青寧輸氣管道工程,運用三維激光移動測量系統(tǒng)制作了村落的1:2000比例尺的DEM、DOM、DLG。從三維激光移動測量技術(shù)在地形測量中的應(yīng)用出發(fā),介紹了三維激光移動測量系統(tǒng)的組成、工作原理、外業(yè)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和3D數(shù)據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程。系統(tǒng)的闡述了利用三維激光移動測量系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)制作3D產(chǎn)品的整個流程。得出的主要結(jié)論有以下幾點:

        (1)結(jié)合地形測量的工作規(guī)程和技術(shù)要求,分析三維激光技術(shù)在地形測量中的應(yīng)用優(yōu)勢:大范圍的地形測量項目首選三維激光技術(shù)來解決。

        (2)研究三維激光移動測量系統(tǒng)的基本流程和關(guān)鍵技術(shù)。包括控制網(wǎng)布設(shè)、航線規(guī)劃設(shè)計、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查等外業(yè)工作,數(shù)據(jù)預(yù)處理、激光雷達數(shù)據(jù)處理機3D數(shù)據(jù)生產(chǎn)等內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理工作。

        (3)結(jié)合具體生產(chǎn)實例,驗證三維激光移動測量系統(tǒng)在地形測量中的數(shù)據(jù)精度精度,總結(jié)分析三維激光移動測量系統(tǒng)在地形測量中的作業(yè)流程和技術(shù)方案,及制作3D產(chǎn)品的注意事項。

        (4)提前規(guī)劃多套飛行方案,制定多套規(guī)劃航線,根據(jù)空域?qū)崟r情況快速調(diào)整飛行方案,有效的提高了外業(yè)飛行效率。針對臨近冬季,軍方飛行活動增加,多套規(guī)劃航線的制定,從兩個方面體現(xiàn),針對作業(yè)時間和天氣上,分區(qū)域分塊制定航線,一旦天氣變化及收到禁飛通知,可以實時有效調(diào)整方案,切換至有效區(qū)域按計劃飛行,提高效率。

        參考文獻:

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