机载激光雷达在房地一体地形测绘中的应用

机载激光雷达在房地一体地形测绘中的应用

李金林

  湖南地腾土地规划咨询有限公司 湖南省长沙市 410000

摘要：地形测绘技术在地理信息系统和地形导向应用中具有至关重要的地位。通过聚焦于机载激光雷达系统在整合房产与地形项目的测绘任务中的运用，其精度经过确认，符合相关规定标准。此外，它还生成了丰富的4D产品，这充分彰显了机载激光雷达在大规模房地一体地形图绘制方面的杰出性能。

关键词：机载激光雷达；房地一体；地形测绘

1机载激光雷达的概述

激光雷达，作为一种先进的探测系统，通过发射激光脉冲来捕捉目标的位置和速度等信息。而机载激光雷达，则是一种将多种传感器技术高度融合的新型测量方案。其核心组件包括激光扫描仪、全球卫星导航定位系统、惯性导航装置以及智能航测系统。激光扫描仪内部配备了激光光源、发射装置和接收装置等关键部件。其工作原理是，激光光源产生的脉冲信号通过发射装置释放，当激光信号触及物体后反射回来，被接收装置捕获。数据处理单元根据激光信号的传播时间和速度，精确计算出激光发射器与反射物体之间的距离。全球卫星导航定位系统则依靠卫星发出的无线电导航信号，为无人机提供全天候的位置、速度和时间信息。目前，主流的全球卫星导航定位系统包括中国的北斗系统、美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯以及欧盟的伽利略系统。然而，这些系统的信号在受到遮挡时可能导致信号丢失，从而影响无人机的定位精度。为了弥补这一不足，惯性导航系统应运而生。这是一种自主性的导航系统，不依赖外部信息，也不向外界发射能量。它能够实时提供无人机的瞬时速度、偏航角和位置等信息，与全球卫星导航定位系统形成有效的互补。机载激光雷达系统通常搭载在无人机等飞行平台上进行数据收集。采集到的原始点云数据经过一系列复杂的处理步骤，如航迹解算、点云融合、去噪和滤波等，最终生成地表点云数据。机载激光雷达系统集成了GNSS、IMU、激光扫描仪等多种传感器设备，这些设备各司其职，共同确保数据采集的精度。其中，GNSS提供准确的导航和定位信息；IMU负责计算无人机在作业过程中的各种姿态角；激光扫描仪则精确测量激光接收器与目标之间的距离。通过这种多传感器融合的方式，机载激光雷达系统能够高效、准确地完成各种测量任务。

2机载激光雷达在房地一体地形测绘中的应用

2.1地形映射

地形映射技术旨在将激光像数据转换为地形高程分布。在处理激光测距与地形目标点基准坐标之间的映射关系时，我们通常会考虑到载机位置，即陀螺平台轴心的坐标（x00，y00，z00），以及激光测距值di，从而计算出地形目标点的坐标。然而，在实际操作中，载机的精确坐标并非易事。惯导系统虽然能提供载机坐标信息，但其定位误差会随时间累积，导致提供的坐标数据存在不准确性。幸运的是，由于成像周期相对较短，载机在不同位置之间的相对位置关系相对精确。为了解决这个问题，我们引入了相对坐标系。这个坐标系的原点被设置在成像开始时载机所在点的海拔面投影上。在激光成像周期内，我们对惯导系统测量的载机在三个方向上的加速度分量进行二次积分，以获得载机基准坐标的测量参数。然后，我们采用相对坐标来截断惯导定位参数的累积误差。需要注意的是，载机高程在初始测量时存在Z00的误差。在忽略累积误差的情况下，高程测量序列与实际高程之间的差异仅为一个固定的初始测量误差。通过使用去均值的匹配算法，我们可以确保这个初始高程测量误差对地形匹配过程不产生任何影响。

2.2实地现场踏勘

现场踏勘作业，需要结合实验区域具体的实际情况，查清测区内部的通信塔、高压塔以及高大建筑物，并进行综合考虑，采取有效措施合理规避其对飞行和数据获取的干扰问题，保障飞行作业的安全和数据获取的顺利进行。在开展实际生产施工操作的前期阶段，需要从改项目去的房地一体测量范围入手，对测区的地形地貌资料及当地影像资料收集分析，确定无人机的飞行范围并计算航飞高度等，促进实地现场踏勘作业的顺利实施。在开展现场踏勘作业时，应与当地区域的相关主管部门保持联系，在当地公安部门的帮助下，确保现场勘探人员能够与相关行政主管单位进行协调，确保现场踏勘工作能够顺利实施。在现场踏勘作业的实施阶段，应提前掌握无人机的飞行范围以及确定航飞路线，为测区项目制定明确的作业任务，确保无人飞机起降点筛选合理和保证GNSS基站建设得到落实。在无人机载激光雷达系统的运行过程中，保障测绘作业的安全性。

2.3点云数据获取

首先，需要结合现场条件，保障区域筛选的合理性，基站架设作业的实施阶段，为其提供充足的基础支持。同时，应加大对基站架设作业的控制力度，保障架设半径设置的科学性，使其能够保持在5km左右。卫星观测角度设置应控制在15°左右，且观测卫星的总量，大于18颗以上。通过对基站采样率分析，可得最佳采样率应保持在5Hz左右。当信号发射塔远离基站时，应将两者之间的距离控制在200m以上，且高压线应控制在50m以外。待基站架设作业完成后，需要采用2次测定形式，采用间断测定的方法，及时获取与基站大地相关坐标信息，通过计算平均值，在基站点的设置过程中，将其作为基础坐标。其次，在数据采集作业的实施过程中，待飞行参数设置作业完成后，应合理应用手持软件，获得更加完善的数据采集信息。通过分析设备的性能参数，在综合考虑的基础上，从实验区域出发，加大对激光线速度的控制力度。在一般情况下，应将其设置为120线/s，且激光点的频率应保持在550kHz左右，将最大测距标准控制在300m左右。对于起始角的角度来说，应将其设置为106°，而中直角则需要保持在254°左右。在开展数据采集作业的过程中，应严格按照前期阶段的航线规划要求，将数据采集做的时间控制在20min左右，顺利完成试验区数据采集作业任务。最后，在无人机外业数据采集作业完成后，应在后续整合阶段，确保无人机能够准确降落，并对降落后无人机设备的运行状况予以检查，提出有针对性的维护措施，避免对无人机带来损伤。在降落阶段，还应检查无人机的数据，确保无人机能够全部回收，对数据信息进行备份处理。

2.4EPS软件三维点云测图

在房地一体测绘作业的实施过程中，为了保证最终测绘结果的精准程度，需要在采集数据的过程中，对点云高程切片进行调整，保障房屋边点云数据的清晰程度，为采集作业的顺利实施提供充足的数据支持。在全面检查点云数据的过程中，应严格按照地籍测图作业的规范要求，对点云数据进行全面转换，使其能够形成以矢量测图软件的格式，通过对数据的全面加载，完成阶段性的数据采集任务。对于部分缺乏清晰性的边线和房角来说，应按照具体要求，结合内业测图进行处理，要求外人员能够结合每一条房边，促进外业勘丈工作的顺利实施。不仅如此，还需要在房屋测绘数据采集作业中，以按边采集的方式，对无法确定的房角进行标记，保障标记的清晰性与明确性，及时返回外业核查作业阶段。与此同时，还需要对图面进行检查，若出现遗漏或者错误等情况时，还应对错误环节予以修改。

结论

无人机载激光雷达系统在房地一体测绘作业中能够保障点云数据的精准程度，在矢量测图软件的共同作用下，完成阶段性的房地一体化测绘生产实验任务。在使用无人机载激光雷达系统时，不仅能够满足精确度等方面的要求，还可以在提高回波技术的应用频率，使其能够顺利穿透植被，并且解决覆盖度等方面的问题，获得更加精准的测量结果，发挥出无人机载激光雷达系统的应用优势，在房地一体测绘精度、成本以及工期等方面得以体现。

参考文献：

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