测绘新技术在测绘工程中应用的常见问题及对策分析.pdf

166西部资源WESTERNRESOURCES西部资源WESTERNRESOURCES测绘新技术在测绘工程中应用的常见问题及对策分析厉争艳（安徽省地质测绘技术院，安徽合肥230022)摘要】随着当前社会以及行业的发展，测绘工程的重要性逐渐凸显，对于测绘结果的准确性以及测绘效率也有了更高要求，在此情况下，各种新型测绘技术应运而生。以建筑工程跋工测绘为例，针对测绘过程中应用的CORS技术、三维激光扫描技术以及无人机倾斜摄影技术进行简要介绍，并探讨各种技术应用过程中影响测量结果精度的因素，最后针对不同测绘技术提出保障测量结果准确性的有效措施。【关键词】测绘；三维激光扫描；无人机随着测绘工程复杂性要求的提升，传统测绘技术逐渐难以满足需求，信息技术背景下，测绘体系发生了极大的变革，测绘技术水平也实现了质的飞跃，当前各种计算机技术、卫星探测技术等都被应用于测绘工程，常用的测绘技术包括GPS技术、GIS技术、RS技术，以及以CORS技术、三维激光扫描技术和无人机倾斜摄影技术等为代表的新型测绘技术。但新技术运用过程中仍然存在各种问题，加强对于测绘新技术运用研究是十分有必要的。对此，本文采取了案例分析法，针对测绘技术常见应用问题展开探讨。1.工程概况本文以某建筑工程为例，针对其竣工测量时，各种测绘新技术的应用展开研究和探讨。该项目位于安徽省某城市高新技术开发区，地理位置十分优越。整个建筑项目包括1 4栋单体建筑物，总建筑面积为1 6.7 万平方米。为体现项目特点，建筑外形有着较强的设计感，不同建筑物外观各具特色，包括弧线三角形设计、弧形倒角设计等，建筑轮廓相对较为复杂，且多由曲线构成，工程测绘难度较大。2.测绘新技术在应用过程中的常见问题结合案例工程特点，此次工程测量主要应用的测绘新技术包括CORS技术、三维激光扫描技术以及无人机倾斜摄影技术。基于建筑物特点，以及不同测绘技术的情况，在进行工程测量的过程中，可能存在各种因素和问题会影响测量精度。2.1CORS技术2.1.1工作原理CORS实际上就是利用多基站网络RTK技术建立卫星定位服务参考站，该技术融合了卫星定位技术、计算机网络技术等多种先进技术，主要包括基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航播发系统以及用户应用系统。在系统工作之前，移动用户会与数据处理中心通信，并选取最佳固定基准站，对轨道误差等矫正数据进行计算，然后由控制中心根据计算结果进行误差修正，最后将得到的信号传送至移动站，以此完成定位工作。该技术的主要优势在于能够有效解决传统RTK技术应用下对于作业距离上的限制问题，同时有效保障了测量精度，简化了测量流程。2.1.2影响精度因素影响CORS网络下RTK技术测量精度的主要因素包括以下两个方面。第一，控制网点位分布影响。控制网点位分布会对转换参数产生较大的影响，由于在应用RTK技术进行测量的过程中，得到坐标与工程应用坐标不同，在完成测量之后，还需要对测量结果进行参数转换，而转换点的选取、测区内控制点的选取、测区的范围以及观测区的地形等都会对测量结果产生直接影响。第二，信号质量影响。在测量的过程中各环节信号传输都是以无线的形式进行的，十分容易受到周围环境的影响，例如卫星空几何分布、流动站与基准站间的距离，以及卫星信号受到的各种干扰等1 。2.2三维激光扫描2.2.1工作原理三维激光扫描系统的测量原理，就是以测量仪器为原点建立三维坐标系，然后通过激光光束，明确测量目标与仪器中心的距离，以及激光光束角度等，以此计算得到待测点的三维坐标，三维激光扫描的测量原理图如图1所示。PX图1 三维激光扫描原理图作者简介厉争艳（1 98 7 一），女，安徽宿州人，本科，工程师，主要从事工程测量、摄影测量和遥感工作。西部资源167WESTERNRESOURCES西部资源遥感测绘2023年第3期2.2.2影响精度因素结合三维激光扫描原理和工作流程可知，影响三维激光扫描结果精度的因素是多种多样的。在测量的过程中，不同测绘工程中，扫描的场景不同，扫描的对象不同，此外，外界环境也存在较大差异，而且会存在各种系统误差以及随机误差，在扫描的过程中，各种误差不断累积，就会使得扫描结果的精度不断下降。在精度分析的过程中，影响精度的最主要因素包括以下三个方面：第一，仪器装置本身，即各种硬件参数、设备精度等；第二，扫描的几何条件，扫描仪的设置位置，对于扫描的距离、角度等都有一定影响；第三，被扫描物体特性，不同被扫描物，由于材质不同、形态不同，反射面的情况以及与扫描仪波长的匹配度等各不相同2 。2.3无人机倾斜摄影2.3.1工作原理无人机倾斜摄影测量系统在进行测量的过程中，需要对云端数据、数字正射影像以及三维模型等数据信息进行处理。整个测量系统包括以下五个部分，即无人机、数码相机、导航控制系统、地面站以及数据处理系统。该测量系统的主要优势在于测量时间较短，容易操作，而且运行成本低，受到云雾的影响较小，成像有着较高的分辨率。2.3.2影响精度因素影响无人机倾斜摄影测量结果精度的因素包括以下几个方面：第一，影像畸变，原因包括镜头畸变、外方位元素，以及地形起伏；第二，影像采集误差，造成采集误差的因素包括巡航速度控制问题、飞行质量较差；第三，像控点误差，例如像控点布设方案不合理、像控点测量精度误差等；第四，空中三角测量误差，主要影响因素包括像控点精度、影像分辨率、测量精度以及平差计算精度；第五，内业误差，主要原因多为人为因素，例如技术水平、工作素质、熟练度等33.解决测绘新技术应用问题的有效对策3.1C0问题应对策略操作技术控制3根据上述分析可知，影响CORS技术下网络RTK测量精度的主要因素在于控制网点位的分布情况和信号质量，测绘过程中，应加强对于控制点选择以及信号质量把控的重视。在观测点选择方面：第一，在适当范围内尽可能增加高等级控制点的数目，提高转换参数拟合精度，减少误差影响；第二，确保控制点分布均匀，并能够控制整个测区，同时选取观测条件较好的位置进行测量；第三，合理确定测区范围，测区越大拟合越困难；第四，选择地貌特征明显，起伏平缓的区域进行观测。在信号质量控制方面：一方面，基于信号质量与卫星几何分布关系，在进行测量的过程中，为保障观测精度，应该选择合适的定位星座，参数为PDOP4,卫星数等于4或大于4。另一方面，为避免信号传输过程中受到遮挡，影响信号质量，通常会将基准站设置在高大建筑物顶端等位置。3.12进果精度评定除上述技术控制外，为保障测量的精准度，还需要对测量结果的精度进行评定，主要评定方法包括内符合和外符合测试。内符合测试：先在测区内选取测试点，然后利用RTK技术进行连续观测，最后分别在三个方向上对测得的坐标，进行算术平均值的计算，然后计算测量结果与算术平均值差值，再计算得到误差改正数，最后获得内符合精度。计算公式为：VVM=n-1其中，M表示测量结果在三个坐标方向上的内符合精度；v表示每次测量结果与算术平均值的偏差；n表示观测的次数。通过M的大小，判断测量结果的稳定性，M越小，结果越稳定。外符合测试：外符合测试主要用于体现实时测量结果的准确性，通过外部基准数据，对测量结果进行评定。主要方法是选择测区内的已知点作为测试点，然后设定采样间隔，进行连续观测，最后计算外符合精度。计算公式为：WWN=n-1其中，N表示测量结果在三个坐标方向上的外符合精度；w表示每次测量结果与算术平均值的偏差；n表示观测次数。与内符合精度相同，N越小，结果越准确。3.2三维激光扫描技术常见问题应对策略3.2.1技术流程控制针对上述对于三维激光扫描精度影响因素的分析，技术流程控制措施如下：第一，加强对于仪器硬件参数、标尺精度等方面的重视，明确激光束发散宽度、角度分辨率，以及最大扫描距离和分辨率，确保符合扫描需求；第二，确保数据信息获取的过程中，严格按照操作流程进行；第三，加强对于数据处理的重视，不仅要进行数据预处理，还需要进行数据拼接配准；第四，三维建模环节，科学进行三维建模，并在完成数据输出后，需要对其输出结果进行评价4。3.2.2进行可行性分析在三维激光扫描的过程中，由于环境、物体、区域等方面的限制和影响，为保障扫描结果准确，需要以多站扫描然后拼接的方式进行物体的复原，为保障测绘结果的准确性，需要合理设计拼接方案，降低拼接误差。对此，主要探讨四元数配准算法，进行可行性分析。刚体坐标转换示意图如图2 所示。测区测站1测站2图2刚体坐标转换示意图按照四元数配准算法，测站2 的坐标可以表达为测站1坐标系统向量，两个坐标系下的向量和分别表示为：168西部资源WESTERNRESOURCES西部资源WESTERNRESOURCESF=xi+yj+zkF=Xi+Yj+Zk其中，x、y、z 分别表示两个坐标系当中点位的三个坐标，i、j、k 分别为四元数的乘积参数。由几何理论可知：F=qXTXq其中，q为四元数的乘积；为共轭向量。由此可以计算得到四元数矩阵表示方式。整个四元数配准算法流程包括以下四个步骤，即配对点集重心化、协方差矩阵和对阵矩阵的建立、特征值分解和四元数构建，以及旋转矩阵和平移向量的计算，并根据计算结果，分析配准效果，确定同名点对数的选取，进而完成可行性分析。3.3无人机倾斜摄影测量技术常见问题应对策略3.3.1合理控制技术误差针对无人机倾斜摄影测量而言，为保障测量结果的准确性以及可靠性，应加强对于技术误差的控制，结合上述分析，提出以下误差控制建议：第一，加强对于镜头的选择重视，确保镜头光学中心与几何中心保持一致。第二，科学控制影像采集过程，一方面，加强巡航速度控制，为保障影像质量，应进行低空、低航速飞行；另一方面，应加强对于飞行质量的控制，确保飞行过程中飞机姿态稳定、减少气流影响。第三，像控点控制，首先，应确保像控点布设方案科学合理；其次，应加强对于像控点测量精度的控制，保障GPS-RTK的精度；最后，合理选择测区，确保像控点刺点明显，影像反差理想，保障测量精度。第四，保障空中三角测量精度，以及影像分辨率，科学控制平差计算精度。第五，减少人为测量误差，确保工作熟练。3.3.2明确关键测量技术无人机倾斜摄影测量流程如图3所示。整个无人机测量过程中的关键性技术环节为航线的规划设计、像控点布设以及空中三角测量。在进行航线规划设计的过程中，需要根据实际情况，对参数进行设计。主要设计包括：第一，航摄分区，在进行分区的过程中需要注意分区界限应与图廓线保持一致，分区内地形高差应控制在相对航高以内，对于地形起伏较4大的区域，为降低重叠度影响，需要根据高程以及地形走向进行合理分区。第二，确定摄影比例尺，摄影比例尺越大，地面分辨率越高，测量精度越高，但是会增加工作量和测量成本，需要根据测绘工程成本、周期等要求，合理确定比例尺。此外，还包括航高、航速以及航线设计，在进行航线设计的过程中，值得注意的是，为保障测量区域的全面覆盖，航线需要超出摄区边界50%像幅。在像控点布设过程中，结合案例实际情况，采用非全野外布点方法，通过设置少量控制点，并在室内进行空三加密进行待定点的确定。常用的航带网法布点方式包括六点法、八点法和五点法，在布设的过程中，需要根据测绘工程要求和情况合理选择布设方法。测区踏勘与技术设计航线规划设计业航空摄影航飞质量数据质量否分析原因检查重新规划影像质量是影像畸变改正像控点布设与量测空三加密模型处理生成DOM生成DEM数字立体采集业业编辑DOM编辑DEM调绘及图形编辑业业DOM产品DEM产品DLG产品图3无人机倾斜摄影测量工作流程空中三角测量即空三加密，是当前无人机测量过程中的重点步骤，借助少量控制点坐标，实现对于未知点坐标以及影像外方位元素的确定。空三加密的主要作业流程包括原始资料分析，影像数据处理、人工修测、地面控制点测量，平差计算、精度分析以及两次重新平差等，得到各区域空三加密成果54.结语在测绘过程中，基于各种测绘技术原理、使用工具、测绘方法等方面的差异，影响测绘结果精度的因素不尽相同，这就要求针对不同影响因素和实际问题，采取不同的处理措施。对于CORS技术而言，影响精度的主要因素包括控制网点分布情况、信号质量情况等，在实