测绘新技术在大比例尺地形图测绘中的应用

测绘新技术在大比例尺地形图测绘中的应用

陈岚

四川博达建筑勘察设计有限公司 四川省 内江市

摘要：近些年来，测绘技术得到了迅速的发展。本文主要分析了无人机垂直摄影技术，倾斜摄影技术和机载LIDAR技术在大比例尺地形图测绘中的应用，并对目前大比例尺测绘的几种方法进行了分析，可为同行作业人员在生产大比例尺地形图时提供一定的参考。

关键词：无人机；垂直摄影测量；倾斜摄影测量；机载LIDAR测量；大比例尺地形图

0 引言

随着社会迅速发展，人们对地形图的精度和现势性要求越来越高，传统的利用GPS-RTK全野外大比例尺地形图生产的方法已经不能满足当今的需求，寻求高精度、高效率的生产地形图的方法已经迫在眉睫。无人机技术是近些年来发展起来的一项高新技术，根据挂载的荷载不同，无人机在测绘方面，主要有三种作业方式，即垂直摄影测量、倾斜摄影测量和机载LIDAR测量。前两者挂载的荷载为非量测数码相机，后者挂载的是LIDAR设备。挂载相机是通过从空中对地面进行拍摄，同时借助搭载的定位装置POS系统，获取相机曝光时的位置，利用少量地面控制点来对POS系统下的空三成果进行平差优化，得到像片上每一点的三维坐标，达到生产大比例尺地形图的目的。挂载LIDAR是对地面发射激光束，激光束碰到障碍物后原路返回，根据定位装置和精准的时间差，结合激光束的传播速度，获取地面上每一点的三维坐标，从而达到生产大比例尺地形图的目的。

1 测绘新技术生产大比例尺地形图的流程

测绘新技术主要指无人机垂直摄影测量，无人机倾斜摄影测量和无人机机载LIDAR测量，具体的生产流程见图1。

图1 测绘新技术生产大比例尺地形图流程图

从图1中可以看出，无人机垂直摄影测量可生产最大1:1000的地形图，无人机倾斜摄影测量和无人机机载LIDAR测量可生产最大1:500的地形图。

2 基于无人机垂直摄影技术生产大比例尺地形图

无人机垂直摄影是指在无人机上，挂载一台垂直向下的相机，对地面物体进行拍摄，获取地面高分辨率的带有重叠度的影像。利用摄影测量软件，将无人机获取的影像和照片导入摄影测量软件中，通过数据预处理，空中三角测量，控制点转刺与平差，得到高精度的空三加密成果。利用专业的立体测图软件，将空三加密成果恢复后，在虚拟立体环境下进行大比例尺地形图的测绘生产。这是一种虚拟环境下生产大比例尺地形图的方法，该方法对作业员水平要求高，上手难，精度较高，需要专业的立体显卡，立体显示器等设备，外业调绘工作较多。基于空三加密成果，可以生产DSM和DOM成果，通过利用DOM采集平面地物，如道路，房屋，路灯等，通过DSM数据采集高程点、等高线等，也可以完成大比例尺地形图的生产。

基于无人机垂直摄影生产的地形图可满足1:2000和1:1000的精度需求，但是很难达到1:500的精度需求。

3 基于无人机倾斜摄影技术生产大比例尺地形图

无人机倾斜摄影是指在无人机上，挂载多台多角度的非量测数码相机，对地面物体进行多角度拍摄，获取盲区少，地物信息丰富的高分辨率地面影像。利用专业的倾斜摄影解算软件，对倾斜摄影数据进行空中三角测量，控制点转刺与平差，多视影像密集匹配，TIN构建，白膜生成和纹理映射，格式转换输出等步骤，得到高精度的、纹理逼真的实景三维模型。基于专业的裸眼测图软件，将生产的OSGB格式的三维模型导入软件中，通过人机交互的方式，裸眼进行地形图的测绘生产。该方法是基于实景三维模型采集地形图，对作业员水平要求较低，上手容易，精度高，对测图电脑要求不高，但是对建模设备要求较高，生产模型效率低，测图效率基本上和立体测图一致。由于是多视角拍摄后建模，可以基于模型做屋檐改正等工作，因此外业调绘工作较少。

基于无人机倾斜摄影生产的地形图可满足1:500的精度需求，在一定条件下，甚至可以满足地籍精度的需求。

4 基于无人机机载LIDAR技术生产大比例尺地形图

激光雷达（LIDAR）是激光探测及测距系统的简称，是将激光用于回波测距和定位，并通过位置、径向速度及物体反射特性等信息来识别目标。是一种集激光测距、全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS）三种技术于一体的空间测量系统。在无人机航飞时，通过LIDAR设备主动发射激光，激光在碰到地面障碍物时返回，对部分植被有穿透作用，可以直接获取地面高精度的三维坐标。

机载LIDAR获取的数据是点云数据，点云数据是密集的三维坐标点组成的，可通过渲染等方式，使不同的高程呈现不同的颜色，这有利于对不同地物进行识别。在获取点云后，并不能直接对点云进行采集，需要对点云进行一系列处理。首先对点云数据进行校正，然后利用控制点，对多条航带点云进行拼接，然后对点云进行滤波处理，过滤掉一系列的噪点，提升点云的质量。然后将点云数据导入点云测图软件或者裸眼测图软件，如清华三维的EPS等，在点云上对地物进行采集。高程点可通过给定范围，设置高程点密度，然后自动生产，等高线也可基于三维点云直接生成。点云生产地形图，成本较高，主要是因为机载LIDAR设备价格昂贵，但是点云生产的地形图精度很高，尤其是高程方面，有着非常明显的优势，对电脑设备要求也不高，而且生产效率高，不需要做空三加密等其他数据产品的生产。

基于无人机机载LIDAR技术生产的地形图可满足1:500的精度需求，在一定条件下，甚至可以满足地籍精度的需求，在立面图制作方面，背包式LIDAR技术也是非常方便实用高效的一种作业方式。

5 结束语

大比例尺地形图数据，是测绘4D产品中很重要的一种基础数据成果，有着多方面的应用。本文探讨了目前测绘的几种新技术，即无人机垂直摄影测量，无人机倾斜摄影测量和无人机机载LIDAR技术，并对三种技术生产大比例尺地形图的方法和作业流程做了简单说明，希望可为同行作业人员在生产大比例尺地形图时提供有效参考，改变传统作业方式，掌握新的作业方式，提高地形图数据的生产效率和成果质量。

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