无人机载LIDAR在山区水利测绘中的运用策略思考

无人机载LIDAR在山区水利测绘中的运
用策略思考
摘要：无人机载激光雷达系统综合应用性强、环境适应性强、测绘精度高，适用于山区水利测绘。

本文结合实际，运用文献法、分析法等对无人机载激光雷达系统做简要分析，其次就无人机载LIDAR在山区水利测绘中的运用策略展开详细探究，提出有关观点，以供借鉴参考。

关键词：无人机载LIDAR；山区水利测绘；具体运用
无人机载激光雷达绝对精度±5cm，相对精度±3cm，激光测程900,测距精度±10mm，扫描视场330度，最大扫描速度50万点/秒【1】。

激光雷达扫描系统能穿透地表植被获取地表点高程数据，从而为地形图测绘与工程的设计建设提供参考数据。

下面对无人机载LIDAR在山区水利测绘中的运用做具体分析。

1无人机载LIDAR简析
近些年我国测绘技术发展快速，空间信息获取方面，RS、GIS、GPS应用效果显著；对地观测方面，成像光谱仪、微波雷达、激光雷达、高分辨率分光计技术等实用性强，在测绘工程中的作用显著。

与天基、空基、地基等探测方式相比，无人机载LIDAR灵活性好、机动性强、能适应多种复杂地形环境，在对地观测任务中更具优势。

无人机载激光雷达系统由以下部分构成：激光扫描仪、无人机飞行平台、控制单元、定位与惯性测量单元。

系统中的激光扫描仪性能优越、抗干扰能力强，包含信息丰富，具有反射率、脉冲回波次数等重要信息，能有效完成测绘任务。

测绘时，机载激光雷达的测量光束从前至后进行三个不同方向的连续扫描，前倾+100，垂直向下，后倾-100，在这三个方向轮流交替扫描。

通过这种方式采集的数据完整度高，精准可靠【2】。

2无人机载LIDAR在山区水利测绘中的运用策略
2.1无人机载LIDAR山区测绘总体方案
激光雷达即激光探测及测距系统，该系统由以下几大部分构成：成像设备
（数码相机）、激光扫描仪、IMU、GPS。

在测绘作业中，系统中的激光扫描仪像
被测物体发射激光，然后接收返回的脉冲，采集分析脉冲携带的信息，得到探测
目标的反射率、粗糙度、坡度、距离等高分辨率信息，对这些信息做进一步处理
就生成逐个地面采样点的三维坐标，对三维坐标进行综合处理，最终得到三维定
位与成像成果【3】。

在山区水利测绘作业中，将AS-900HL多平台激光雷达系统由大黄蜂四旋翼
无人机搭载进行外业测绘，获取到外业点云数据，将点云数据用点云解算软件进
行解算处理，生成高精度点云三维模型。

模型建立起来后，运用CoMapping点云
测图软件完成内业测图，得到测图成果，然后将测图成果再回放外业，借助测图
结果精准勘丈间距或进行修补测，最终完成山区水利测绘任务。

山区植被茂密，地形起伏大，在设计无人机载LIDAR测绘方案时，要重点设
计好无人机飞行航线、飞行速度等，确保测绘效果。

同时还要考虑到不同激光发
射频率对应的扫描距离及攒头植被能力的不同，选择合适的激光扫描仪，科学设
置激光发射频率。

在山区水利测绘中，TS600激光扫描仪比较适用，将激光扫描
仪的激光发射频率设置为380kHz符合规范，有利于获得高精度的点云数据。

无人机载激光雷达系统中的无人机飞行平台使用大黄蜂旋翼无人机，该款无
人机性能优越，技术先进，飞行姿态稳、飞行时间长、抗风等级高，安全性与可
靠性高，并且结构设计还十分科学美观，环境适应能力强，适用于多种类型的测
绘作业。

AS-900HL多平台激光雷达系统的结构科学紧凑，机身又轻巧方便，稳定
性与可靠性高，抗干扰能力强，能在复杂的地形条件下快速获取到高精度激光点
云数据，因此十分适合山区水利测绘作业。

CoMapping点云测图系统的数据采集
功能强大，数据处理功能先进，处理精度高，能按照要求对LiDAR数据进行分类、合并、切割等处理，能为山区水利测绘作业带来帮助【4】。

2.2无人机载LIDAR山区测绘流程
①踏勘。

测绘时，先将测绘区域确定下来，之后组织人员收集测绘区域的影
像资料，根据影像资料将无人机飞行范围做初步确定。

为获得更精准的范围信息，组织工作人员到测区进行实地踏勘，获得测区建筑物/构筑物的建设、分布等数
据信息，据此分析测区内影响无人机飞行安全的要素，然后避开这些要素确定安
全的飞行范围与合理的飞行路线，并确定安全的起降点与基站架设位置等，为后
续的测绘工作打好基础。

②基站架设在已经确定的基站架设位置规范架设基站。

基站架设控制在半径
5km范围内，确保卫星观测截止高度角150；观测卫星数据大于18颗；基站采样
率设置为5Hz。

完成基站的架设工作后，对基站大地坐标进行测定，采用两次间
断测定法获得坐标数据，基站点坐标取两组数据的平均值。

③数据采集由无人机搭载三维激光扫描系统完成外业数据采集任务。

无人机
载三维激光扫描系统采集外业数据前，工作人员要做激光雷达各参数与无人机各
参数做详细检查，保证各项参数科学准确。

为确保采集到的数据真实准确，工作
人员可提前将无人机激光雷达静置3分钟。

为防止在外业数据采集过程中系统惯
性测量单元出现误差积累问题，工作人员操控无人机载在进入测区上空后，先不
直接采集数据，而是操控无人机按“8”字飞行一圈，然后再按照既定航线进行
航测。

无人机完成航测任务降落前，先对降落环境进行勘察分析，确保环境安全
后再进行降落。

测绘期间，无人机的航速、航线等参数，一旦设定就不能随意更改，工作人员要为山区水利测绘质量负责。

2.3数据处理
①原始扫描数据处理。

利用无人机载三维激光雷达获得野外数据后，对点云
数据进行分类与初步处理。

点云数据的分类必须做到科学精细，要保证分类的准
确性与有效性，保证数据处理精度的可靠性。

点云数据分类结束后，植被将被完
全剔除出去，所提取的点云数据均为地面点云数据。

另外还要做好激光点云数据
的处理。

在处理激光点云数据时，要将重点放在点云轨迹数据上。

工作人员一句
地面站采集的基准数据与GNSS原始数据，分析点云轨迹，获得高精度的数据，
使X,Y方向与Z方向中的误差分别不超过2cm与3cm【5】。

②点云分类。

点云分类是一个关键步骤，只有从多样点云数据中准确地分类提取出植被数据、噪点数据、地面点数据及建筑物点云数据等，才能有效地进行地形图测绘与山区环境分析。

点云分类过程为：点云数据→噪声点滤除→点云自动分类→人工编辑分类结果。

通过这一过程可以将地面点与非地面点
数据大体分类出来，要想获得更高精度的数据，还需做更精细的分类处理。

工作人员可测绘区地形地势的复杂程度，进行单个飞行架次单独分类，并在分类结束后有效拼接各分类架次，之后再进行一次分类，分类结束后以测区实际情况为依据将七参数、投影、椭球等数据输入后直接输出。

结语
综上所述，无人机载激光雷达技术先进、功能可靠、操作便捷、适用性高，能为山区水利测绘作业带来便利。

无人机载激光雷达在山区水利测绘中运用策略包括科学设计整体测绘方案，合理选择无人机设备、三维激光设备及数据处理平台，有效确定测区范围，科学设计无人机飞行参数，快速采集外业数据，规范完成内业数据处理与三维建模等。

参考文献
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