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湖北大疆无人机湖北大疆无人机
长测程机载lidar在川西高原带状地形测绘中的应用
  • 时间: 2022-01-30 18:44:00
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  • 来源:湖北大疆无人机
  • 作者:纵横天地
本文共有1748个文字,预计阅读时间5分钟

  引言:长久以来,山地特别是高海拔地区的山地地形测绘、断面测绘,一直困扰着各测绘单位。山区山高林密,沟壑纵横,极大影响传统测绘作业效率。虽然近两年小型免像控无人机的大规模应用能代替部分人工测绘作业,但碰到植被茂密的地区也只能束手无策。机载lidar可以穿透部分植被,直接测量到地面,长测程机载lidar更是可以适应山区的高落差,解决仿低飞行的低效率问题。

  01

  项目概况

  2020年11月中下旬,我司航测遥感事业部临时接到紧急任务需求:在G7611线邵通(川滇界)至西昌段高速公路开展勘测设计工作中,需要采用无人机技术进行地形数据测绘。接到任务后,我们迅速结合甲方需求,整理项目技术方案,并于测量工作批准后的第二天,飞控手迅速驱车前往测区。

 

  本测区位于四川西昌到云南昭通高速公路的其中一段,里程K45-K179,长度34KM,高程从1500到2500,落差达1000米,属于高原山区的带状地形测量。  西昌市全境海拔在1500米以上。地形以中山为主,占全市总面积的78.9%,其北段许多山峰海拔超过3500米,整个山体,大部分界于2000—3000米之间。昭通地势西南高、东北低,属典型的山地构造地形,山高谷深。市内平均海拔1685米,最高海拔4040米,最低海拔267米。

 

  02

  项目难点  测区海拔2000米左右,落差达1000米,飞行高度3000米左右,11月底平均气温5度。传统摄影测量风险系数高,测区崎岖难行,像控点布设困难;山区山高林密,沟壑纵横,小型免像控无人机对植被茂密的密林区测量束手无策;无人机仿地飞行效率低,无法满足紧急任务的时间需求,极大影响测绘作业效率。外业测绘加上驱车达到现场的时间仅五天,工期紧,地形复杂,任务难度较大,急需高效率的作业方式。

  通过航测遥感事业部的技术分析,采用长航时的垂直起降无人机搭载机载Lidar,可以同时解决作业场景复杂、落差大、气温低、植被茂密、工期紧等多种问题,高效率完成项目任务生产需求。

  03

  主要设备

  1、飞行平台

  本次作业飞行平台采用是云影C200电动垂起无人机,该款无人机可搭载飞思、倾斜五镜头、激光lidar等多种挂载,完成大型航测项目作业中多种任务需求,垂直起降不受起飞作业场地限制,性能稳定可靠,在山地、丘陵等复杂地形使用时具有极大优势。

 

外形尺寸

机长

2.2  m

翼展

3.3  m

重量载荷

标准任务载荷

1.5  kg

最大有效载荷

4.5  kg

最大起飞重量

25  kg

机动性能

平飞速度

70~110km/h

经济巡航速度

90  km/h

最大航程

135  km

实用升限

5500  m

最大续航时间

1.5  h

  2、机载Lidar

  本次作业采用奥地利Riegl机载Lidar,Riegl是激光扫描设备全球知名品牌,以长测程著称。本次采用的机载Lidar型号是RIEGL  VUX-1LR,非常适用于山高路难爬,上下落差大的密林地形测量应用场景,此款LIDAR适配各种无人机平台和有人机平台,无论多旋翼还是固定翼、有人直升机、三角翼等低空小型飞行器均可适配。

 

  RIEGL VUX-1LR重达3.5KG,测量精度达15  mm,激光发射频率高达82万点每秒,最大测距1540m,具有多目标探测能力一接收无限次回波。该产品采用最前沿的RIEGL技术:

  -全回波信号数字化

  -在线波形处理

  -多周期回波(MTA)处理功能

  发射频率和测程的关系表:

激光脉冲发射频率

50  kHz

100  kHz

200kHZ

400  kHz

600  kHz

820  kHz

全功率

降低功率

最大测距范围








自然目标反射率P >20%

820  m

600  m

430  m

300  m

250  m

2l5m

110  m

自然目标反射率P >60%

1350  m

1000  m

720  m

520  m

430  m

370  m

180  m

最大作业飞行高度

530  m

380  m

270  m

190  m

160  m

140  m

70  m

  04

  航线设计及飞行作业

 

  相对于自然地表(10%的反射率),RIEGL  VUX-1LR机载Lidar的极限测程在700米左右,本测区高差已超出了测程,所以分两个测段航飞,每个测段设置不同的航高,以确保测程在700以内。另外为了确保点云密度,每个测段共设置了3个来回共6条航线。整个24KM的带状测区,两个架次飞完,总共用时2小时左右。

  05

  数据处理及精度验证

  1.航迹线ppK解算

  使用POSPac MMS 8.3软件,解算精度X RMS 0.014米,Y RMS 0.018米,H RMS  0.037米,精度满足后期处理的需求。

  2.点云数据初步处理

  使用RIEGL厂家的RiPROCESS1.8.6,此软件使用稍显复杂,最终处理的出来的初始点云成果如下(部分):

 

  原始点云可以明显看出房屋和树林。

  3.精度验证

  我们测了其中4个房角点当检查点,并在点云上做精度检查,平面误差10cm左右,高程误差8cm左右,(实际上因为点云密度的原因,很难准确量测到房角),满足后期点云用于生产的需要。

 

  4.点云分类

  点云分类软件采用terrasolid。由于点云成果是用于断面图的绘制,需要去除植被,只保留地面点,分类后的结果比较理想。

 

  分类之后的地面点点云,可以看出房屋和植被均已去除。

  5.断面图绘制

  将去除植被后的点云导入专业的断面图绘制软件,叠加纵横断面线,即可生成纵横断面图(部分)。

 
 

  06

  结论

  此次项目时间紧迫,加上川滇交界处地势落差大,冬天气温低,植被茂密等多种难题,武汉纵横天地空间信息技术有限公司航测遥感事业部迎难而上,行业领先的技术方案迅速出炉,高效率为甲方提供了高精度地形数据,出色完成了航飞任务。

  通过固定翼无人机搭载长测程机载Lidar在高原山区的应用,可以成百倍的提高带状地形的测绘效率,原先十几个人几个月才能完成的工作量,通过长测程机载Lidar可以在2个架次2个小时内测完。且因为点云密度较人工测量更高,测量精度也大大提高,进一步保障了用户基础地形数据的有效性和准确性。

  作者:钟小军 编辑:王艳

  武汉纵横天地航测遥感事业部从2013年至今完成了近10000余平方公里航测项目,能提供完善的航测内外业一体化解决方案。业务覆盖自然资源、环境保护、农业、城市管理等政府机关,城市轨道交通、电力、水利等企事业单位,为规划设计、智慧城市、政府决策提供专业基础数据服务,为公司优势业务之一。业务主要板块包括航空摄影测量、倾斜摄影测量、机载激光lidar,地面三维激光扫描。后期我们将不断升级软硬件设备,为客户提供更高效地数据服务。

 

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