測繪新技術在測繪工程中應用的常見問題及對策分析

［關鍵詞］測繪；三維激光掃描；無人機

隨著測繪工程復雜性要求的提升，傳統測繪技術逐漸難以滿足需求，信息技術背景下，測繪體系發生了極大的變革，測繪技術水平也實現了質的飛躍，當前各種計算機技術、衛星探測技術等都被應用于測繪工程，常用的測繪技術包括GPS 技術、GIS 技術、RS技術，以及以CORS 技術、三維激光掃描技術和無人機傾斜攝影技術等為代表的新型測繪技術。但新技術運用過程中仍然存在各種問題，加強對于測繪新技術運用研究是十分有必要的。對此，本文采取了案例分析法，針對測繪技術常見應用問題展開探討。

1. 工程概況

本文以某建筑工程為例，針對其竣工測量時，各種測繪新技術的應用展開研究和探討。該項目位于安徽省某城市高新技術開發區，地理位置十分優越。整個建筑項目包括14棟單體建筑物，總建筑面積為16.7萬平方米。為體現項目特點，建筑外形有著較強的設計感，不同建筑物外觀各具特色，包括弧線三角形設計、弧形倒角設計等，建筑輪廓相對較為復雜，且多由曲線構成，工程測繪難度較大。

2. 測繪新技術在應用過程中的常見問題

結合案例工程特點，此次工程測量主要應用的測繪新技術包括CORS技術、三維激光掃描技術以及無人機傾斜攝影技術。基于建筑物特點，以及不同測繪技術的情況，在進行工程測量的過程中，可能存在各種因素和問題會影響測量精度。

2.1 CORS技術

2.1.1 工作原理

CORS實際上就是利用多基站網絡RTK技術建立衛星定位服務參考站，該技術融合了衛星定位技術、計算機網絡技術等多種先進技術，主要包括基準站網、數據處理中心、數據傳輸系統、定位導航播發系統以及用戶應用系統。在系統工作之前，移動用戶會與數據處理中心通信，并選取最佳固定基準站，對軌道誤差等矯正數據進行計算，然后由控制中心根據計算結果進行誤差修正，最后將得到的信號傳送至移動站，以此完成定位工作。該技術的主要優勢在于能夠有效解決傳統RTK技術應用下對于作業距離上的限制問題，同時有效保障了測量精度，簡化了測量流程。

2.1.2 影響精度因素

影響CORS網絡下RTK技術測量精度的主要因素包括以下兩個方面。

第一，控制網點位分布影響。控制網點位分布會對轉換參數產生較大的影響，由于在應用RTK技術進行測量的過程中，得到坐標與工程應用坐標不同，在完成測量之后，還需要對測量結果進行參數轉換，而轉換點的選取、測區內控制點的選取、測區的范圍以及觀測區的地形等都會對測量結果產生直接影響。第二，信號質量影響。在測量的過程中各環節信號傳輸都是以無線的形式進行的，十分容易受到周圍環境的影響，例如衛星空幾何分布、流動站與基準站間的距離，以及衛星信號受到的各種干擾等［1］。

2.2 三維激光掃描

2.2.1 工作原理

三維激光掃描系統的測量原理，就是以測量儀器為原點建立三維坐標系，然后通過激光光束，明確測量目標與儀器中心的距離，以及激光光束角度等，以此計算得到待測點的三維坐標，三維激光掃描的測量原理圖如圖1所示。

2.2.2 影響精度因素

結合三維激光掃描原理和工作流程可知，影響三維激光掃描結果精度的因素是多種多樣的。在測量的過程中，不同測繪工程中，掃描的場景不同，掃描的對象不同，此外，外界環境也存在較大差異，而且會存在各種系統誤差以及隨機誤差，在掃描的過程中，各種誤差不斷累積，就會使得掃描結果的精度不斷下降。在精度分析的過程中，影響精度的最主要因素包括以下三個方面：第一，儀器裝置本身，即各種硬件參數、設備精度等；第二，掃描的幾何條件，掃描儀的設置位置，對于掃描的距離、角度等都有一定影響；第三，被掃描物體特性，不同被掃描物，由于材質不同、形態不同，反射面的情況以及與掃描儀波長的匹配度等各不相同[2]。

2.3 無人機傾斜攝影

2.3.1 工作原理

無人機傾斜攝影測量系統在進行測量的過程中，需要對云端數據、數字正射影像以及三維模型等數據信息進行處理。整個測量系統包括以下五個部分，即無人機、數碼相機、導航控制系統、地面站以及數據處理系統。該測量系統的主要優勢在于測量時間較短，容易操作，而且運行成本低，受到云霧的影響較小，成像有著較高的分辨率。

2.3.2 影響精度因素

影響無人機傾斜攝影測量結果精度的因素包括以下幾個方面：第一，影像畸變，原因包括鏡頭畸變、外方位元素，以及地形起伏；第二，影像采集誤差，造成采集誤差的因素包括巡航速度控制問題、飛行質量較差；第三，像控點誤差，例如像控點布設方案不合理、像控點測量精度誤差等；第四，空中三角測量誤差，主要影響因素包括像控點精度、影像分辨率、測量精度以及平差計算精度；第五，內業誤差，主要原因多為人為因素，例如技術水平、工作素質、熟練度等[3]。

3. 解決測繪新技術應用問題的有效對策

3.1 CORS技術常見問題應對策略

3.1.1 操作技術控制

根據上述分析可知，影響CORS技術下網絡RTK測量精度的主要因素在于控制網點位的分布情況和信號質量，測繪過程中，應加強對于控制點選擇以及信號質量把控的重視。

在觀測點選擇方面：第一，在適當范圍內盡可能增加高等級控制點的數目，提高轉換參數擬合精度，減少誤差影響；第二，確保控制點分布均勻，并能夠控制整個測區，同時選取觀測條件較好的位置進行測量；第三，合理確定測區范圍，測區越大擬合越困難；第四，選擇地貌特征明顯，起伏平緩的區域進行觀測。

在信號質量控制方面：一方面，基于信號質量與衛星幾何分布關系，在進行測量的過程中，為保障觀測精度，應該選擇合適的定位星座，參數為PDOPlt;4，衛星數等于4或大于4。另一方面，為避免信號傳輸過程中受到遮擋，影響信號質量，通常會將基準站設置在高大建筑物頂端等位置。

3.1.2 進行測量結果精度評定

除上述技術控制外，為保障測量的精準度，還需要對測量結果的精度進行評定，主要評定方法包括內符合和外符合測試。

內符合測試：先在測區內選取測試點，然后利用RTK技術進行連續觀測，最后分別在三個方向上對測得的坐標，進行算術平均值的計算，然后計算測量結果與算術平均值差值，再計算得到誤差改正數，最后獲得內符合精度。計算公式為：

其中，M表示測量結果在三個坐標方向上的內符合精度；v表示每次測量結果與算術平均值的偏差；n表示觀測的次數。通過M的大小，判斷測量結果的穩定性，M越小，結果越穩定。

外符合測試：外符合測試主要用于體現實時測量結果的準確性，通過外部基準數據，對測量結果進行評定。主要方法是選擇測區內的已知點作為測試點，然后設定采樣間隔，進行連續觀測，最后計算外符合精度。計算公式為：

其中，N表示測量結果在三個坐標方向上的外符合精度；w表示每次測量結果與算術平均值的偏差；n表示觀測次數。與內符合精度相同，N越小，結果越準確。

3.2 三維激光掃描技術常見問題應對策略

3.2.1 技術流程控制

針對上述對于三維激光掃描精度影響因素的分析，技術流程控制措施如下：第一，加強對于儀器硬件參數、標尺精度等方面的重視，明確激光束發散寬度、角度分辨率，以及最大掃描距離和分辨率，確保符合掃描需求；第二，確保數據信息獲取的過程中，嚴格按照操作流程進行；第三，加強對于數據處理的重視，不僅要進行數據預處理，還需要進行數據拼接配準；第四，三維建模環節，科學進行三維建模，并在完成數據輸出后，需要對其輸出結果進行評價[4]。

3.2.2 進行可行性分析

在三維激光掃描的過程中，由于環境、物體、區域等方面的限制和影響，為保障掃描結果準確，需要以多站掃描然后拼接的方式進行物體的復原，為保障測繪結果的準確性，需要合理設計拼接方案，降低拼接誤差。對此，主要探討四元數配準算法，進行可行性分析。剛體坐標轉換示意圖如圖2所示。

按照四元數配準算法，測站2的坐標可以表達為測站1坐標系統向量，兩個坐標系下的向量rˉ和rˉ'分別表示為：

3.3 無人機傾斜攝影測量技術常見問題應對策略

3.3.1 合理控制技術誤差

針對無人機傾斜攝影測量而言，為保障測量結果的準確性以及可靠性，應加強對于技術誤差的控制，結合上述分析，提出以下誤差控制建議：第一，加強對于鏡頭的選擇重視，確保鏡頭光學中心與幾何中心保持一致。第二，科學控制影像采集過程，一方面，加強巡航速度控制，為保障影像質量，應進行低空、低航速飛行；另一方面，應加強對于飛行質量的控制，確保飛行過程中飛機姿態穩定、減少氣流影響。第三，像控點控制，首先，應確保像控點布設方案科學合理；其次，應加強對于像控點測量精度的控制，保障GPS-RTK的精度；最后，合理選擇測區，確保像控點刺點明顯，影像反差理想，保障測量精度。第四，保障空中三角測量精度，以及影像分辨率，科學控制平差計算精度。第五，減少人為測量誤差，確保工作熟練。

3.3.2 明確關鍵測量技術

無人機傾斜攝影測量流程如圖3所示。

整個無人機測量過程中的關鍵性技術環節為航線的規劃設計、像控點布設以及空中三角測量。

在進行航線規劃設計的過程中，需要根據實際情況，對參數進行設計。主要設計包括：第一，航攝分區，在進行分區的過程中需要注意分區界限應與圖廓線保持一致，分區內地形高差應控制在1／4相對航高以內，對于地形起伏較大的區域，為降低重疊度影響，需要根據高程以及地形走向進行合理分區。第二，確定攝影比例尺，攝影比例尺越大，地面分辨率越高，測量精度越高，但是會增加工作量和測量成本，需要根據測繪工程成本、周期等要求，合理確定比例尺。此外，還包括航高、航速以及航線設計，在進行航線設計的過程中，值得注意的是，為保障測量區域的全面覆蓋，航線需要超出攝區邊界50%像幅。

在像控點布設過程中，結合案例實際情況，采用非全野外布點方法，通過設置少量控制點，并在室內進行空三加密進行待定點的確定。常用的航帶網法布點方式包括六點法、八點法和五點法，在布設的過程中，需要根據測繪工程要求和情況合理選擇布設方法。

空中三角測量即空三加密，是當前無人機測量過程中的重點步驟，借助少量控制點坐標，實現對于未知點坐標以及影像外方位元素的確定。空三加密的主要作業流程包括原始資料分析，影像數據處理、人工修測、地面控制點測量，平差計算、精度分析以及兩次重新平差等，得到各區域空三加密成果[5]。

4. 結語

在測繪過程中，基于各種測繪技術原理、使用工具、測繪方法等方面的差異，影響測繪結果精度的因素不盡相同，這就要求針對不同影響因素和實際問題，采取不同的處理措施。對于CORS技術而言，影響精度的主要因素包括控制網點分布情況、信號質量情況等，在實際操作時，應嚴格控制，對測量結果進行精度評定。對于三維激光掃描技術而言，為保障測量精度，應對可行性展開分析。對于無人機傾斜攝影測量技術而言，則需要明確作業流程，并強化對于關鍵技術的控制。