鞍山市城区镇界测量工程中无人机激光雷达技术的应用与研究

金忠诚

摘 要：无人机激光雷达技术是一种新型的测量技术，其优势是很明显的，测量工作中能发挥出全能性、全天候、全球性以及精密性等特点，且有着较高的精度，应用价值极高；对城市规划、城镇地形地籍、农村地籍等项目以及在多山地区、建筑物密集区域有独特的优势。例如在城市建筑物密集区域带状地形图作业的过程中常规的测量手段依然是存在着比较多的困难，因此采用无人机搭载平台搭载激光雷达测距传感器和RTK GPS等设备在空中实施三维地形图数据采集工作，通过校验场人工常规测量结果进行比对校核，测量结果可以更好的满足地形测量方面的技术要求。因此在本文之中，主要是针对无人机激光雷达测量技术在城市带状地形测量过程中的应用进行了全面的分析研究，在这个基础之上也是提出了下文之中的一些内容，希望能够给与在同行业进行工作的人员可以提供出一定价值的参考。

关键词：无人机激光雷达测量；带状地形；RTK GPS；三维建模

1 引言

鞍山市城区地势东高西低，东部为山区西部为平原，居民地与工矿企业交融，每年的城市发展变化较快，特别是建筑物密集区域各个乡镇的划分也比较模糊。因此需要统一从新规范各个区镇边界，同时测绘区镇相交边界周边1公里范围内地形图。针对于城市带状地形图自身特殊性，人工测量比较费时费力，并且测区内地物复杂，所以采用常规的测量方式是难以快速采集准确有效的地形数据。对于这一点而言，一直以来都是城市地形测量过程中的重点、难点问题。对于传统的测量方法来说，现如今应用比较多的主要是航空摄影测量，其应用以及发展也是相对来说比较成熟，但是，依然是存在着前期定界困难、测绘数据后期处理过程中比较复杂、繁琐，系统搭载能力局限性较大，成图周期比较长等方面的不足。然而随着无人机的出现在一定程度上也是有效的弥补了航空摄影所存在着的不足，有效的提升了测量的精度，同时也降低了测量成本。此外无人机激光雷达地形测量技术的运用，不但可以更好的满足城市带状地形测量的精度要求，而且还可以有效提升测量的工作效率，节省作业工期，减少人力、物力和设备的投入，节省测量成本。伴随着无人机激光雷达测量技术研究的不断深入，在其他人工地面测量领域之中，无人机激光雷达地形的测量技术即将会更好的展现出自身的大好优势，从而在运用技术得到完善后，将逐渐取代传统人工地面地形测量中的繁重野外测量工作。

2 原理以及校验方法的分析

2.1 无人机激光雷达测量系统原理分析

针对于无人机激光雷达地形测量系统而言，主要是经过控制飞行的单元以及地面控制单元和测量作业单位等内容所组成，其中包括一些硬件和数据采集处理的软件。

对于空中的飞行单元而言，主要是采用了八旋翼的直升机作为其基本的搭载飞行平台，其野外地形测量的组成主要有飞行单元和控制单元。野外地形测量飞行单元主要由机载的RTK GPS以及机载激光测距串岗器和机载数据采集存储系统等工作单元所组成；野外地形测量的地面控制单元主要是通过无线数据传输电台以及飞行运行控制软件，外业测量工作站组成。

2.2 校验方法分析

对于无人机地形测量的技术而言，其技术模式与作业原理和RTK三维测量的作业原理基本上是相同的，并且通过机载数据的采集单元，进而可以获取飞行过程中的RTK GPS实时三维的定位数据以及激光测距传感器的地面目标测距数据和飞行的姿态数据，通过一些后处理软件可以计算出地面目标的三维坐标。

3 结果以及讨论的分析

3.1 应用实例分析

通过完成《鞍山市城区镇界测量工程》实施，从而对该项目相应区镇边界及周边地形图测量实施无人机的激光测量工作。通过数据精度比对方法，采用點云数据处理软件中的数据检查模块，导入RTK实地采集的数据与生成的DEM进行残差比较，得出结果。数据精度比对采用《机载激光雷达数据处理技术规范》实行。

3.2 创新点以及解决问题分析

相对于无人机激光雷达测量系统而言，主要是采用自主研发的机载数据采集模块和地对空的控制系统软件，这样也是更好的实现了无人机可以在有效的飞行空间，载荷飞行条件下能够与多种高精度的测量设备可以一同的去进行采集管理的功能，在这个基础上也是可以更好的解决了RTK GPS和激光测距传感器等高速率以及高精度的测量设备可以在一些小型的多旋翼无人机上进行整合应用的问题。

无人机激光雷达测量的工作机理主要是应用无人机去搭载激光雷达传感器竖直向下进行地面测量，此外机载的RTK获得到RTK无线位置的三维地理坐标，对RTK的天线进行设置，激光雷达测量传感器的基准点位置和激光雷达测量传感器的姿态数据进行合理的分析运算，最后在分析运算完成的数据获得地面某一地物、地貌的三维地理坐标数据。

自主研发的无人机激光雷达带状地形的测量数据交换式的处理软件，主要是通过了人机交互式的作业方式，使其可以更好的实现高效率的无人机激光雷达带状地形测量数据的处理流程，对于试验以及实际测量的结果进行分析之后可以得出，无人机激光雷达带状地形图测量系统，其测量的精度也是可以更好的去满足带状地形图测量技术要求。

无人机激光雷达带状地形图测量系统主要是通过了软件和硬件进行结合的一个方式，进而更好的为带状地形图的测量提供出了一个全新的测量作业方式以及解决不可能问题的方案，采用在空中测量作业方式也是很好的解决了带状地形测量中所存在着的一些重难点问题。通过项目运行实际反馈，其无人机激光雷达测量系统可以更好的去满足带状地形图测量业务化的生产作业需求，存在着较为良好的实用性，并且在我国也是具有着较为广泛的应用空间。

3.3 应用前景分析

在一些技术发达国家，研究人员已经是将其无人机激光雷达测量技术应用到一些带状地形图的测量和灾害调查以及环境监测等方面之中，然而我国的无人机激光雷达测量技术依然处在一个刚刚起步阶段，初期只是在一些城市的建模、区域建（构）筑物影像调查等领域之中进行了相应的尝试。目前伴随着研究的不断深入，无人机激光雷达测量技术的测量精度将会在后续的开发利用中持续得到改进，同时其应用的范围也是会越来越广泛，将会逐渐的取代传统测量过程中的一些应用，同时也将会应用到森林地区的测量以及电网建设巡查、海岸线测量、海岛填埋以及湿地变化测量等方面之中，因此存在着一个较为广泛的发展空间。

4 总结

无人机激光雷达测量技术作为一种先进的集成测量技术方法，在采集数据方面具有传统航空摄影测量无法比拟的巨大优势，尤其在地形复杂的带状地形图的数据采集方面具有广阔的发展前景，与应用需求。通过对上述的内容进行研究分析之后可以得出，影响无人机激光雷达测量精度的主要因素是激光测距传感器姿态的精度以及无人机飞行高度和飞行速度等，系统依然是存在着一定程度的精度、性能和稳定性的提升空间，通过不断的去提高采样的频率以及优化传感器的姿态稳定精度，使其可以适应更加精细地形测量方面的要求。本项目的成功实施，证明了无人机激光雷达测量技术进行地形图测绘是一种高效率、高精度的方法，相比于传统测量方式有着不可比拟的优势，随着机载LIDAR 技术在行业中应用的普及，未来的测图工作，将更加高效便捷！

参考文献：

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[2] 潘才官，陆远.无人机激光雷达系统数据采集与滤波处理分析[J].港口科技，2017（8）.

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