划核实测量中的新技术应用.pptx

规划核实测量中的新技术应用 张保钢北京市测绘设计研究院 规划核验测量中的新技术应用 CORS系统技术似大地水准面测绘技术三维激光扫描技术数字摄影测量技术 CORS系统技术 连续运行卫星定位服务系统 ContinuousOperationalReferenceSystem 简称CORS系统 是现代GPS的发展热点之一 CORS系统将网络化概念引入到了大地测量应用中 它不仅为测绘行业带来深刻的变革 而且也为现代网络社会中的空间信息服务带来新的思维和模式 CORS系统使得测区内每个用户都能实时获得厘米级的精度 这种全新的RTK定位方法从根本上提高了作业效率和测量质量 对于用户来说 它不再要求建立临时参考站 从而可以节省时间 最大限度地提高作业效率 节约了成本 在CORS网内 等于建立了公用的控制网 消除了不精确的控制点所产生的误差传播 CORS系统发展现状 随着我国信息产业和网络通信技术的发展 需要采集多种实时地理空间数据 我国发展CORS系统的紧迫性和必要性越来越突出 近几年 国内不同行业已经陆续建立了一些专业性卫星定位运行网络和站点 同时在一大批城市 地区以及企业 建立了相应的运行网络系统 深圳市已经建立我国第一个连续性的运行参考站系统 SZCORS 而且已全面地投入测量应用 全国的部分省 市也初步建成或正在建立类似CORS系统 像 广东 浙江 北京 福建 上海 成都 武汉和重庆等 例如在广东省被广泛使用的GDCORS系统 通过对其潜在功能的挖掘 在GPS大地测量方面开发利用 通过授权拨号登录 对外开放网络使用权 实现用户GPS实时高精度差分定位 已经取得一定的收益 也为广东省的城乡经济建设发挥着日益重要的作用 CORS系统在测绘应用上的优势 覆盖范围广 应用便利 与常规RTK基站相比 CORS覆盖范围更广 用户只需要准备终端 不需要考虑差分以及差分站的质量 用户使用更方便灵活 可用性高 系统可提供全天候不间断的服务 受气候 通视条件 地形和季节等因素影响限制较少 数据质量有保证 作业精度高 数据安全可靠 没有误差积累 精度水平在系统的有效覆盖范围内大致均匀 同离开最近参考站的距离没有明显的相关性 可以避免临时基站选站不当而引起的起算偏差或支站引起的起算数据精度降低的影响 节省频率资源 工作效率高 CORS系统无需用户架设和搬迁基站 不需向无线电管理部门申请基站频率 仅需一人操作 一般情况下几十秒钟就可获得到点的坐标和高程 作业速度快 劳动强度低 有效地提高了工作效率 节省了费用 特别在作业区域范围比较大 作业点比较分散的工程测量和图件更新测量等工程中 其优势作用更是明显 使用CORS系统时的注意事项 在使用网络RTK时 由于影响精度的因素较多 所以必须加强对网络状态的可靠性检查 作业前在获得固定解后都必须找到测区附近的一个已知控制点进行检查 即测前检查 检查合格后才能进行数据采集 反之 就要断开连接 关机后重新连接 获得固定解后再检查 直到检查合格 一般一个测段结束后还须找到附近另一个控制点做测后检查 以此来判断数据采集过程的精度的可靠性 在控制测量中 应使用三角架来提高对中的精度 并且每测完一测回后要重摆角架 重新对中 连接接收机 以此来提高成果数据精度 观测条件方面 由于是在城市中进行测量 那就要求在测量过程中远离干扰源 如反射性较强的建筑 较大面积的水面 通信发射塔 高压输电线以及建筑物或是植被较密集区域等 这些区域RTK无法获得信号 不能工作 CORS系统的应用 1 控制测量常规控制测量如三角测量 导线测量 要求点间通视 费工费时 且精度不均匀 GPS静态 快速静态相对定位测量无需点间通视能够高精度进行各种控制测量 但需要时间进行数据处理 不能实时定位并获得定位精度 内业处理后发现精度不合要求必须重新测量 用网络RTK技术进行控制测量既能实时知道定位结果 又能实时知道定位精度 大大提高了作业效率 应用网络RTK技术进行实时定位可达到厘米级精度 因此 除了高精度的控制测量仍采用GPS静态相对定位技术外 RTK技术可用于地形测图中的控制测量 地籍和房地产测量中的控制测量 CORS系统的应用 2 房产地籍测量地籍及房地产测量是精确测定土地权属界址点的位置 测绘供土地和房产管理部门使用的大比例尺的地籍平面图和房产图 并量算土地和房屋面积 地籍和房地产测量中应用网络RTK技术测定每一宗土地的权属界址点及测绘地籍与房地产图 能实时测定有关界址点及一些地物点的位置 并能达到要求的厘米级精度 但在影响卫星信号接收的遮蔽地带 应使用全站仪 测距仪 经纬仪等测量工具 采用解析法或图解法进行细部测量 CORS系统的应用 3 地形测图地形图可为城镇规划和各种经济建设提供服务 常规的测图方法通常是先布设控制网点 即在国家高等级控制网点基础上加密次级控制网点 在加密的控制点和图根控制点基础上 测定地物点和地形点在图上的位置 并按一定规则绘制平面图 CORS技术的出现 可以高精度 快速测定各级控制点坐标 特别是应用CORS下的网络RTK新技术 可以不布设各级控制点 直接用流动站便可高精度 快速测定界址点 地形点 地物点坐标 利用测图软件在野外一次测绘成电子地图 通过计算机和绘图仪 打印机输出各种比例尺图件 CORS系统的应用 4 城市规划及放线网络RTK在城市规划测量中有着广泛运用 与传统测量仪器相比 具有省时省工且精度高等特点 网络RTK测量技术用于市政道路中线放样 放样工作一人即可完成 将线路参数 如线路起终点坐标 曲线转角 半径等输入RTK的外业控制器 即可放样 放样方法灵活 既能按桩号也可按坐标放样 并可随时互换 放样时屏幕上有箭头指示偏移量和偏移方位 便于前后左右移动 直到满足放样精度要求为止 似大地水准面测绘技术 传统测图的高程控制网是通过水准测量方法来实现的 随着GPS技术在测绘领域的广泛应用 利用GPS观测信息获得观测点的正常高 逐渐成为GPS应用领域的一个研究热点 GPS相对定位技术能够在10 6 10 8的量级精度上获得所测点位的三维大地坐标 但其获得的高程信息是相对于WGS 84椭球的大地高 而我国的法定高程系统是以似大地水准面为基准的正常高高程 GPS技术结合高精度 高分辨率 似 大地水准面模型可以取代传统的水准测量方法测定正常高 真正实现GPS技术在几何和物理意义上的三维定位功能 似大地水准面测绘技术 提供高精度的三维坐标是GPS测量突出的优点和特点之一 但数字测图工程中的高程控制仍沿用传统的几何水准测量的方法 通过高分辨率的厘米级似大地水准面模型 GPS观测大地高可以转换为正常高 达到四等及以下几何水准的精度要求 与传统水准测量相比 利用似大地水准面布设GPS三维工程控制网具有GPS点间不需通视 降低劳动强度 误差不累积和提高工作效率等诸多优点 可以满足中 小比例尺地形图图根控制和城市地籍测图以及规划核验对高程的精度要求 并为 数字城市 提供高效的数据采集系统 随着GPS技术的不断发展 高精度 高分辨率似大地水准面的确定 似大地水准面和GPS高程测量将逐步代替常规几何水准测量 实现真正意义上的GPS三维定位功能 三维激光扫描技术 三维激光扫描技术 threedimensionallaserscanner 通过发射激光来扫描获取被测物体表面三维坐标和反射光强度的仪器 是一种无接触式主动测量系统 三维激光扫描技术又被称为实景复制技术 是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命 它突破了传统的单点测量方法 具有高效率 高精度的独特优势 三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据 因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型 三维激光扫描仪的分类 根据仪器的承载方式 三维激光扫描仪分为 地面三维激光扫描仪 车载三维激光扫描仪和机载三维激光扫描仪 按测量方式可分为 脉冲式 相位差 三角测距原理 按用途可分为为室内型和室外型 也就是长距离和短距离的不同 一般基于相位差原理的三维激光扫描仪测程较短 只有百米左右 而基于脉冲式原理的三维激光扫描仪测程较长 测程最远的可达6公里 三维激光扫描技术原理 三维地面激光扫描仪一般由激光测距仪和反射棱镜组成 激光测距仪一方面主动发射激光 另一方面同时接收被测问题反射的激光信号 根据光速和激光来回时间差进行测距 由设备中心点坐标 每个测点的斜距 水平垂直角方向角三个要素就可求得每个扫描点的空间坐标 三维激光扫描仪扫描获得的基础数据是具有三维坐标的点云数据 这些离散点数据经过数据处理和加工后 即可得到满足生产应用的空间信息数据 对激光点云数据进行的后处理工作一般包括不同站点的点云数据的坐标转换和拼接 植被过滤和构网 点云合并和关键信息的提取 点云分割和建模等 三维激光扫描测量技术的特点 三维激光扫描测量技术克服了传统测量技术的局限性 采用非接触主动测量方式直接获取高精度三维数据 能够对任意物体进行扫描 且没有白天和黑夜的限制 快速将现实世界的信息转换成可以处理的数据 它具有扫描速度快 实时性强 精度高 主动性强 全数字特征等特点 可以极大地降低成本 节约时间 而且使用方便 其输出格式可直接与CAD 三维动画等工具软件接口 目前 生产三维激光扫描仪的公司有很多 它们各自的产品在测距精度 测距范围 数据采样率 最小点间距 模型化点定位精度 激光点大小 扫描视场 激光等级 激光波长等指标会有所不同 可根据不同的情况如成本 模型的精度要求等因素进行综合考虑之后 选用不同的三维激光扫描仪产品 地面三维激光扫描技术 地面三维激光扫描技术的出现是以三维激光扫描仪的诞生为代表的 是继GPS以来 测绘领域的又一次技术革命 尽管激光扫描技术已经有十几年的发展历史 相应的硬件问题已基本上得到解决 也有不少成熟的商用系统 但在数据处理方面的研究还相对比较落后 特别是直接从点云数据中提取实体特征信息和对目标分类的研究比较缺乏 北京航空航天大学和广西桂能信息工程有限公司分别利用地面三维激光扫描进行古建筑数字化和山海关长城修复工程 均取得了良好的效果 长安大学地测学院利用Leica地面三维激光扫描进行了黄河小浪底枢纽工程出水大坝三维可视化模型重建 滑坡体的变形监测 三维景观模型重建等工作 北京建筑大学应用三维激光扫描技术先后获取了北京故宫太和殿 太和门 神武门 慈宁宫和寿康宫院等的点云数据并建立了其三维模型 制作了二维线条图和正射影像图 进而应用于古建筑整体变形监测 大木结构安全性分析 地面三维激光扫描仪 HDLS300三维激光扫描仪 LeicaHDSC10 用于规划竣工核实的可能性 地面三维激光扫描技术能够快速获取高密度 高精度的目标空间信息 具有扫描速度快 数据信息量大 精度高等特点 完全能够满足建设工程规划竣工核实的应用需求 三维激光扫描用于竣工核实 车载三维激光扫描 车载三维激光扫描仪的系统传感器部分集成在一个可稳固连接在普通车顶行李架或定制部件的过渡板上 支架可以分别调整激光传感器头 数码相机 IMU与GPS天线的姿态或位置 高强度的结构足以保证传感器头与导航设备间的相对姿态和位置关系稳定不变 车载三维激光扫描仪 机载三维激光扫描仪 机载激光三维激光扫描 LightDetectionAndRanging 简称LiDAR 是一种集激光扫描仪 Scanner 全球定位系统 GPS 和惯性导航系统 INS 以及高分辨率数码相机等技术于一身的光机电一体化集成系统 用于获得激光点云数据并生成精确的数字高程模型 DEM DSM 数字表面模型 同时获取物体DOM 数字正射影像 信息 通过对激光点云数据的处理 DSM DOM可得到真实的三维场景图 机载三维激光扫描仪 直升机载三维激光扫描仪 无人机载三维激光扫描仪 机载三维激光扫描仪成果图 三维规划竣工核实主要利用传统的测绘手段获取1 500地形图 提取地物几何特征 综合正射影像图 照片提取地物纹理特征进行三维建模 这种方式进行竣工三维建模工作量很大 而且无法完全真实还原建筑物屋顶 窗台等细部特征 所以 研究更加快捷 精确的建筑物三维建模技术和方法是当务之急三维激光扫描技术的特点能够满足三维规划竣工核实业务的应用需求 它是规划竣工核实的发展趋势 具有模型精度高 外业时间短的优势 不仅适合三维规划竣工许可指标的核实 还可以对三维模型竣工测量时的尺寸 色彩和小区环境等进行快速采集 三维激光测量的技术优势 远距离非接触测量 三维激光扫描技术的最大特点就是远距离的非接触测量 三维地面激光扫描是直接利用发生激光器对物体进行测量 直接获取物体表面的三维激光点云坐标数据 不需要发射棱镜或人工到达现场进行测量 三维激光扫描系统获取的激光点云数据坐标真实可靠 可以用于危险地 人员难以到达地等的远距离测量 比传统测量方法具有较大的优势 数据密度大 速度快 无论是脉冲式激光扫描设备还是相位式激光扫描设备 激光扫描速度可达到数千点 秒甚至可以达到数十万点 秒 激光获取点云的扫描速度是传统方法不能比拟的 三维激光测量的技术优势 自发激光 三维激光扫描设备通过激光发射器主动发射激光 利用回波信号得到被测物体的点坐标数据信息 现场测量时 不受外部环境的影响 精度高 三维激光测量系统可以获取高密度和高精度的激光点云数据 采集到的激光点云数据分辨率也较高 三维激光测量的技术优势 可与常规测量设备联合使用 三维激光扫描技术可以获取被测物体的多种信息 包括激光点云坐标 RGB信息和反射率信息等 这些信息大大扩展了三维激光扫描技术的应用范围 特别是和传统的全站仪 GPS等测量手段结合使用 进一步扩大了三维激光扫描技术的应用 三维激光测量的技术优势 数字建筑三维扫描数据可为新建筑的设计以及旧建筑的改造提供详细的技术资料 由三维扫描数据生成的三维矢量模型可与表面材质数据一起合成到虚拟现实系统中 实现虚拟漫游 人们可步入一幢尚未建成的建筑中进行参观体验 配合数码相机提供的彩色影像 对激光点云数据进行识别 分类和着色 使其应用范围更加广泛 应用范围包括 城堡 教堂 美术馆 需要记录的其它建筑 三维扫描仪的应用前景 数字城市及三维建筑建模文物保护市政道路 电力选线地形勘测道路施工或竣工验收其他方面 在数字城市及三维建筑建模中应用 三维激光扫描技术在数字城市和建筑中应用多为逆向工程建模 目的是重建实物的模型 获取相应的几何信息 通过对建筑物的建模 可真实的反映对象的纹理 尺度信息 并对模型的不同特征信息进行量测 在文物保护中的应用 三维激光扫描技术在文物保护方面的应用主要有文物信息留存 虚拟修复 文物变形监测 文物测量建模 石窟石刻文物保护测绘 馆藏文物保护与修复 大型文化遗产保护 文物体积计算 野外考古现场测量 在文物保护中的应用 在市政道路 电力选线等方面的应用 由于地面三维激光测量技术的扫描范围较小 不能大面积使用 目前在市政道路 电力选线方法应用主要使用的是机载雷达技术 不管机载还是地面激光扫描 其原理和获取的数据一样 电力选线应用案例 地形勘测方面的应用 三维激光扫描技术在岩土工程 水利工程方面有着广泛的应用 主要包括地形测量 高陡边坡滑坡监测 溃坝监测和堰塞湖调查 地质和危岩体调查 岩体结构面统计 复杂挖填方工程方量计算 坝体逆向工程建模等 地形勘测方面的应用 地形勘测方面的应用 在其他领域的应用 短程扫描系统 精度很高 适合许多高精度的测量 在医学和精密工业中有很好的应用 如外科整形 人体测量矫正手术 在线加工工业设计等 在改建及现场测绘工程 汽车在线加工 大型器件监测 船体测量 医学研究 食品 加工等方面有广泛的应用 三维激光扫描技术在林业也有着广泛的应用 在其他领域的应用 在道路的施工验收 竣工验收和复制中 常常需要道路的详细信息 如局部路面平整度 重要路段的路面起伏状况 坑洼点等 这都需要密集的路面点来构成详细的实地地面模型来表现 传统路面测量方法主要是采用全站仪和水准仪测量路面特征点和特征线的三维坐标或者测量规则划分的格网点坐标来表现路面的几何形状 但事实上 在路面现场 仅凭肉眼难以发现特征线 而格网划分容易漏掉特征信息 这种方法不仅效率低下 而且受路面车辆影响较大 更重要的是容易遗漏一些特征点和特征线 在其他领域的应用 地面三维激光扫描仪可以很好地完成上述任务 它采用非接触式的测量方式 能在现场对被测物体进行高精度 高密度的快速扫描测量 直接获得激光点所接触的物体表面的三维坐标 色彩信息和反射强度 点云数据 在经过计算机处理后 可快速重构出被测物体的三维模型及线 面 体 空间等各种数据 国内激光雷达的应用行业及应用前景 随着三维激光扫描测量技术 三维建模的研究以及计算机硬件环境的不断发展 其应用领域日益广泛 如制造业 文物保护 逆向工程 电脑游戏业 电影特技等 逐步从科学研究发展到进入了人们日常生活的领域 三维激光扫描技术的介入促进了应用领域的发展 同时应用领域的大量需求成为其研究的动力 三维激光扫描测量技术在测绘领域有广泛的应用 激光扫描技术与惯性导航系统 INS 全球定位系统 GPS 电荷耦合 CCD 等技术相结合 在大范围数字高程模型的高精度实时获取 城市三维模型重建 局部区域的地理信息获取等方面表现出强大的优势 成为摄影测量与遥感技术的一个重要补充 同时在工程 环境检测和城市建设等方面均有成功的应用实例 如断面三维测绘 绘制大比例尺地形图 灾害评估 建立3D城市模型 复杂建筑物施工 大型建筑的变形监测等 三维激光扫描技术是快速获取三维空间信息的重要手段之一 特别对于测绘领域来说 伴随三维激光技术的不断完善与发展 以及三维控制信息需求的增加 三维空间技术将和现代经典测量技术相互融合 作为一种新的空间数据采集手段 三维激光扫描技术将具有广阔的发展空间 成为一种普遍在测绘领域应用的新技术手段 数字摄影测量 数字摄影测量 Basicconceptofdigitalphotogrammetry 是基于数字影像和摄影测量的基本原理 应用计算机技术 数字影像处理 影像匹配 模式识别等多学科的理论与方法 提取所摄对象以数字方式表达的几何与物理信息的摄影测量学的分支学科 美国等国称之为软拷贝摄影测量 SoftcopyPhotogrammetry 我国王之卓教授称为全数字摄影测量 FullDigitalPhotogrammetry 这种定义认为 在数字摄影测量过程中 不仅产品是数字的 而且中间数据的记录以及处理的原始资料均是数字的 数字摄影测量 国内很多城市都建立了利用航空摄影定期更新基础地形图 1 2000 1 5000 制作正射影像图 数字高程模型的机制 充分利用最新航测成果资料 利用全数字的航空摄影测量技术是解决量大面广的规划核实测绘的一个途径 随着全数字摄影测量系统的应用 利用全数字的航空摄影测量技术 用地红线内的建 构 筑物 内部道路 公共设施 地表管线都能采集 当然 一些比较小的地物无法通过内业判断 阴影地区可能产生遗漏 需要实地调绘 内业数据采集好后 外业只需实地对建 构 筑物屋檐进行改正 楼层注记 地理名称注记 部分地物补漏就可以了 VirtuoZo全数字摄影测量系统 VirtuoZo全数字摄影测量系统 是一个以世界领先的影像匹配技术为核心 系统功能强大 先进综合的空间地理数据通用生产平