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当代地形测绘的新技术

当代地形测绘的新技术

发布日期:2019-12-20 来源: 点击:36

1.现有传统方式存在的问题
常规的大比例尺地形测绘主要是运用全球卫星实时动态差分定位(GNSS、RTK)、全站仪等地面技术进行。
(1)这些技术方法需要在被测对象特征点(碎部点)上竖立观测目标(流动站或棱镜等),逐点单独观测,得到的信息有限,不足以细致地表达测区的实际地形;
(2)测得的数据最终输出都是二维结果(cad图形),无法直观表达数据的全面特征;
(3)外业数据获取的时间较长、工作强度较大,工期难以得到保证,由于数据更新缓慢,越来越难以满足大数据时代对地理信息的更新速率要求;
(4)在某些特殊、危险环境下难以保证数据采集技术人员和设备的安全。

2.三维激光扫描技术的优势
采用三维激光扫描技术进行地形测绘是对传统地面测绘技术的重大变革。
(1)三维激光扫描技术结合了RTK技术(或全站仪技术),在测定扫描仪测站点和后视定向点坐标后,获得360°范围内可见面域空间点云数据和影像,在视线不可及的地方再行设站扫描,以致整个测区有重叠无漏洞。
(2)三维激光扫描仪的扫描半径根据仪器和目标介质的不同而存在区别,当前一般在1.5-1200m。在地形复杂、有不明危险点分布的区域,采用三维激光扫描技术进行大比例尺地形测绘,是科学优化的选择。
(3)经过内业数据拼接、去噪、过滤和建模,生成等高线,绘制地物符号等后处理过程,完成地形图成果。
(4)三维激光扫描技术突破了传统的逐点单独测量,实现了面域扫描数据采集。通过高速激光扫描测量,可快速获取被测对象表面的三维坐标数据,具有采集速度快、获取数据丰富等特点,且测量距离长、数据准确,不受大地水准面的精度制约。
(5)三维激光扫描技术测量的数据不仅包含目标的空间位置信息,且记录了目标的反射强度信息和色彩灰度信息,整体呈现更真实。

3.作业流程
(1)外业数据采集
首先对测区周围环境进行踏勘, 确定扫描仪和标靶的位置。一要保证各扫描站最终获取的数据能代表完整的测量区域;二要选择尽量少的测站,以减少原始数据量。扫描同时还必须对测区的地物及特殊地形拍照, 以便于后期的数据处理、地形图的编辑修改。
每一测站扫描完后, 还必须对N个标靶进行精细扫描。在扫描过程中通过选取控制标靶区域内的点, 提取每个标靶的中心点。同时还需用无反射全站仪或RTK精确测出标靶中心在当地坐标系下的三维坐标, 用于后续多站数据的配准。标靶的分布应以能获得较好的测站整体坐标配准精度为标准, 应尽量避免布设为狭长形状, 如布设3个测站时布设为近似正三角形较好, 此外标靶离扫描仪的距离也要适中, 太近会带来较大的坐标转换误差, 太远会降低标靶中心位置的识别精度。
(2)点云数据配准
由于每次扫描只能得到测区局部的数据, 为了得到测区完整的三维数据, 所以需要从不同的位置进行多次扫描, 每次扫描得到的数据都处在以当前测站为原点定义的一个局部坐标系中。因此, 需要在扫描区域中设置一些控制标靶, 从而使得相邻的扫描点云图有3个及以上的同名控制标靶, 通过同名控制标靶将扫描点云数据统一到同一个坐标系下。
(3)地物的提取与绘制
地物特征点的提取是在配准好的点云数据中手工提取的, 如房屋角点、电线杆中心点等。可以利用地面三维激光扫描的后处理软件来提取, 如HD SCENE软件, 可以在点云视图中手工提取地物特征点, 并以一定的格式输出到文本文件中。
(4)地貌数据获取(噪声去除)
由于三维激光扫描技术是对整个测区空间信息的扫描, 包含了地表的所有信息。地形表面的树木植被及地物的存在会影响等高线的自动生成,所以在生成等高线前需要将非地貌部分的点云数据剔除, 此部分目前还没有相应的软件能做到完全百分之百自动化的剔除。
(5)等高线生成(抽稀处理)
地面三维激光扫描时一般扫描密度较大, 相对地形测绘来讲其点位太密, 且分布不均匀。如果直接利用扫描点来构三角网追踪等值线,其细节信息过多, 会导致等高线紊乱。因此, 一般将剔除非地貌因素后的点云数据按地形测绘要求的密度进行抽稀。最后将数据导入到大比例尺数字测图软件中, 自动生成等高线。
(6)地形图编辑
将地物图形与等高线图形进行叠加、编辑, 同时由于切除了地物部分的数据造成生成的等高线局部缺失、扭曲、不光滑等,这时需要对照照片及点云数据, 手动进行修改。最后加上高程注记, 生成图视图例图廓, 进行局部的修饰。