1、2023年6期研究视界科技创新与应用Technology Innovation and Application机载激光雷达在困难立地区大比例尺地形测绘中的应用研究闫烨琛，席雪萍，于向吉，袁婷婷，高学飞，齐超（天津市地质工程勘测设计院有限公司，天津 300000）近年来随着社会的发展及实际工作的需要，针对一些困难立地区开展大比例尺地形测绘工作日趋常态1，然而困难立地区往往是地形条件复杂，海拔跨度大，坡度陡峭，植被茂盛，针对该条件下的测绘任务致使传统测绘工作者棘手困扰2。然而随着社会的发展进步，无人机（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）与机载激光雷达设备及测量技术日趋发展完善
2、3-4，测绘工作者将机载激光雷达技术引入测绘领域，该技术是一种主动式对地观测系统，激光雷达发出的激光脉冲可以穿透植被空隙测取地面信息5，能够通过非接触的手段获取高精度地面数字高程模型（DEM），为困难立地区大比例尺（1500）地形测绘提供了可行技术支撑6。与传统测绘技术相比，其所表现出来的作业高效、操作便捷、精细准确、适用范围广及航测周期短等特点，致使其在地形环境复杂区域地形测绘领域应用优势明显7-8。本文选取天津市蓟州区一处困难立地区作为研究对象，研究探讨机载激光雷达测量技术应用到地形条件复杂的困难立地区地形测绘及数字高程模型生产的可行性，并通过研究案例进行检验，验证研究成果的可靠性，对困难
3、立地区大比例尺地形测绘具有重要的理论和现实意义。1机载激光雷达测量1.1机载激光雷达航测无人机、镜头型号及其参数（图1、图2）规格参数：经纬 M300 RTK 无人机集成 DJITM先进的飞控系统、六向双目视觉+红外感知系统和 FPV 摄像摘要：为提高困难立地区大比例尺地形精准测绘效率，降低困难立地条件测绘工作人员的安全隐患。该研究以天津市蓟州区一处困难立地区为研究案例，采用大疆经纬 M300 RTK 无人机搭载禅思 L1 激光雷达镜头，快速获取测区高精度点云数据，通过大疆智图（DJI Terra）与 LiDAR360 UAV 软件分别构建数字正射影像（DOM）和数字高程模型（DEM），通过
4、CASS 软件加载 DSM 并矢量化地物信息，结合等高线数据完成测区大比例尺（1500）地形数据编绘，测绘结果满足作业需求。综上研究，机载激光雷达技术为困难立地区大比例尺地形测绘工作做很好的技术支撑，同时为后期传统测量技术与新技术新方法的结合创新等工作提供科学依据。关键词：无人机；困难立地；机载雷达；地形测绘；研究案例中图分类号：P412.25文献标志码：A文章编号：2095-2945（2023）06-0108-04Abstract:In order to improve the efficiency of precise large-scale topographic mapping in
5、difficult site conditions and reducethe potential safety hazards of workers in filed surveying and mapping.This study takes a difficult site in Jizhou District,Tianjinas a case study to explore the feasibility of using airborne LiDAR technology to obtain large scale topographic mapping in difficulta
6、reas.A DJI Jingwei M300 RTK UAV equipped with a Zenmuse L1 LiDAR lens is used to quickly obtain high-precision pointcloud data in the study area.DJI Terra and LiDAR360 UAV software are respectively used to build a digital orthoimage(DOM)and a digital elevation model(DEM).Finally,the compiled and map
7、ped large scale of the survey area(1500)is obtained throughCASS software to load the DSM and vectorize the ground object information,and combine the DEM.The surveying and mappingresults meet the needs of the operation.In summary,the airborne LiDAR technology has provided a good technical support for
8、 thelarge-scale topographic surveying and mapping work in difficult vertical areas,as well as a scientific basis for the innovativecombination of traditional surveying technology and new technologies and methods for future work.Keywords:UAV;difficult site;airborne radar;topographic mapping;case stud
9、y第一作者简介：闫烨琛（1994-），男，硕士，工程师。研究方向为工程绿化。DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.06.025108-研究视界科技创新与应用Technology Innovation and Application2023年6期头，兼容全向避障雷达，并兼并六向定位和避障，可适配多款 DGC2.0 接口的云台相机，多云台系统最多同时支撑 3 个独立云台，可满足不同领域的使用需求。飞行器内置 RTK 模块，可实现高精度准确定位。双电池系统提升飞行安全系数，空载时飞行时间约 55 min。图1经纬M300 RTK图2禅思L1（雷达镜头）禅思 L1 的尺寸为
10、 152 mm110 mm169 mm，重量为 93010g，量程为 450m 80%，0klx；190m 10%，100klx。点云数据率：单回波，最大 240 000 点/s；多回波，最大480 000 点/s。系统精度（RMS 1）1的平面精度为 10 cm50 m；高程精度为 5 cm50 m。1.2机载激光雷达航测外业航空测量本次采用的是经纬 M300 RTK 无人机搭载禅思LI 雷达镜头开展研究工作，主要包括研究区勘察、像控点布设及测量、航线规划及机载激光雷达系统测绘、室内数据处理分析等环节，具体工作流程如图 3 所示。1.2.1像控点布设和测量为满足本次研究的精度要求，研究区机载
11、激光雷达航测前需布设地面像控点，地面像控点在布设过程中应注重控制点位标志清晰，易于辨识和测量。本次针对测区地面像控点采集采用时动态定位（Real-TimeKinematic，RTK）测量获取研究区像控点在国家2000 大地坐标系（China Geodetic Coordinate System，CGCS2000）坐标。1.2.2外业航空摄影测量本次研究区位于天津市蓟州区，测区面积为115 555 m2，通过前期收集资料及实地踏勘后，进行航线规划，飞行高度 100 m，激光旁向重叠率 40%，作业速度8 m/s，共 4 条航线，对测区进行了机载雷达测量，如图 4 所示。图3机载激光雷达测量系统工
12、作流程图4航线规划图2地形图制作主要通过制作数字高程模型（Digital ElevationModel，DEM）、等 高 线 及 数 字 正 射 影 像（DigitalOrthophoto Map，DOM），将制作好的栅格数据及矢量数据通过编辑加工，最终制作满足研究要求的大比例尺地形图。2.1数字正射影像（DOM）制作本次研究室内数据处理主要通过大疆智图（DJITerra）软件进行数字正射影像（DOM）制作，具体操作原始影像数据数字正射影像 DOM地物矢量数据点云数据点云分类点云修模原始点云数据点云预处理高程点和等高线数据点云重采样点云去噪像控点布设控制点数据测区踏勘航线规划原始点云和影像数据
13、采集数字地形图517.2 m89.4 m135.0 m494.5 m95.0 m134.2 m109-2023年6期研究视界科技创新与应用Technology Innovation and Application2.2DEM及等高线制作数字高程模型（DEM）制作主要通过机载激光雷达获取的点云数据生成。其中机载激光雷达数据处理流程主要包括点云数据预处理及基于预处理后的点云数据深度处理分析，如图 6 所示。本次研究主要利用大疆智图（DJI Terra）软件进行点云数据预处理，对机载激光雷达航摄获取的点云数据进行解算，并进行各航带数据的拼接工作；将预处理后的点云数据加载到 LiDAR360 UAV
14、软件中进行处理，其中包括点云重采样、点云去除噪点、点云分类及点云平滑等，点云去噪点是将点云中的偏离点进行剔除，减小数字高程模型（DEM）制作过程中因噪点产生的影响。其次对点云中的地面点和非地面点进行自动分类，完成点云分类工作，点云分类流程如图 7 所示。分类后的地面点云点按照成图比例尺要求使用LiDAR360 UAV 软件地形处理工具下的基于点云获取DEM 模型及等高线，如图 8、图 9 所示。流程：获取影像数据添加影像空三解算刺控制点二维地图导出成果，如图 5 所示。图7点云分类流程图2.3地形图编绘在 AutoCAD 2016 平台上使用 CASS10.1 地形图编绘功能，调用绘图数据命令
15、，将前期获取的测区等高线数据加载到图上，同时加载测区数字正射影像数据并进行地物平面矢量绘制。根据制图规范，利用成图系统将等高线图与地物矢量图拼接，对图内各要素及地物符号严格按图式规定进行编辑整理，生成完整符合测区要求的地形图。图5数字正射影像（DOM）图6点云数据地面点点云非地面点点云点云数据点云重采样点云去噪点云分类xy110-研究视界科技创新与应用Technology Innovation and Application2023年6期3结束语本次研究中使用的机载激光雷达设备航摄获取的点云数据，具有高精度的三维空间数据信息，通过对点云数据的处理与应用，为制作高精度 DEM 提供了一种新的技术
16、手段，获取了研究区大比例尺（1500）地形图，成果满足研究要求。极大程度提高工作效率，降低困难立地条件下测绘工作人员的安全隐患，为机载激光雷达技术在大比例尺测绘工作中的应用做技术支撑，同时为传统测量技术与新技术新方法的结合创新等工作提供科学依据。参考文献：1 郭晨，许强，董秀军，等.复杂山区地质灾害机载激光雷达识别研究J.武汉大学学报（信息科学版），2021，46（10）：1538-1547.2 黄庭珠，黄楠.无人机载激光雷达在山区地形图测绘中的应用研究J.内蒙古煤炭经济，2021（15）：16-17.3 GUGLIELMO R，TANTERIL，TOFANIV，et al.Multitemporal UAV surveys for landslide mapping and characterizationJ.Landslides，2018，15（5）：1045-1052.4 ARDIZZONE F，CARDINALI M，GALLI M，et al.Identification and mapping of recent rainfall-induced landslides us