1、測量新技術(shù)學(xué)習(xí)報告一、前言測繪是門古老的科學(xué)，在中國源遠(yuǎn)流長，自有文字記載就有了關(guān)于測繪的記述。史記.夏本紀(jì)上說，公元前兩千二百多年，夏禹治水“左準(zhǔn)繩，右規(guī)矩，載四時，以開九州，通九道”。 山海經(jīng)也說，夏禹派大章和豎亥兩位徒弟步量世界大?。ù蠓秶鷾y繪）。這說明四千多年前，我們的祖先為發(fā)展農(nóng)業(yè)，在與洪水的斗爭中，就已經(jīng)開展過規(guī)模較大的測繪工作。上面提及的“準(zhǔn)”是測高低的，“繩”是量距的，“規(guī)”畫圓，“矩”則是畫方形和三角形的；還有個“步”，是計量單位，折三百步為一里。禹治水成功，促進了農(nóng)業(yè)發(fā)展，使夏朝進入盛世，各部族和九州首領(lǐng)向大禹進貢圖畫、金屬等物品，禹命工匠鑄成九鼎，并刻上圖，圖上有九州的山

2、川、草木、道路以及禽獸的分布情況，這就是古代的原始地圖，供人們外出交往溝通、狩獵時參考。晉書中有段記載，在夏、商、周三代，已設(shè)置了“地官司徒”官職，專司管理全國地圖?？梢姡h(yuǎn)在三千五百多年前，我國就已經(jīng)測繪了相當(dāng)數(shù)量的地圖，以至需專人管理。從先秦到民國，不少朝代有過專管測繪的官職和機構(gòu)設(shè)置。測繪技術(shù)科學(xué)的基礎(chǔ)和實力的真正形成，只有在新中國成立以后，才成為現(xiàn)實。隨著全國科技事業(yè)的蓬勃發(fā)展，測繪事業(yè)迅速進步，取得了巨大成就。我們建立了一支強大的、有戰(zhàn)斗力的、高素質(zhì)的科學(xué)技術(shù)專業(yè)隊伍。他們?yōu)樽鎳慕?jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)，為科學(xué)事業(yè)的繁榮做出了重要貢獻(xiàn)，堪與中華民族古代文明相映同輝。在國外，最早的測量技術(shù)

3、產(chǎn)生于公元前四千多年的古埃及，在尼羅河泛濫后農(nóng)田邊界的整理過程中產(chǎn)生。古埃及人通過天文觀測，確定一年為365天，這是古埃及在古王國時期（公元前3000年）通用的歷法，他們通過觀測北極星，來確定方向，古老的埃及金字塔，每一座都有標(biāo)準(zhǔn)的幾何尺寸，說明那時，人們對長度和角度都有比較精確的測量手段。17世紀(jì)初望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明和應(yīng)用對測量技術(shù)的發(fā)展起了很大的促進作用。1683年法國進行了弧度測量，證明地球是兩極略扁的橢球體。1730年英國機械師西森首先研制出了具有測角功能的經(jīng)緯儀，后經(jīng)改進成型，正式用于英國大地測量中。1794年德國高斯提出最小二乘法理論，以后又提出橫橢圓柱正形投影學(xué)說，對測量理論做出了寶貴

4、的貢獻(xiàn)。1903年飛機的發(fā)明，促進了航空攝影測量技術(shù)的發(fā)展，大大減輕了野外測繪的勞動強度。1904年，德國開始生產(chǎn)玻璃度盤經(jīng)緯儀，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，60年代出現(xiàn)了電子經(jīng)緯儀，在此基礎(chǔ)上，70年代初期由瑞典捷創(chuàng)力公司推出制成了世界上第一臺全站儀。GPS是20世紀(jì)70年代由美國陸海空三軍聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。GPS的出現(xiàn)，廣泛應(yīng)用于船舶遠(yuǎn)洋導(dǎo)航和進港引水；飛機航路引導(dǎo)和進場降落；汽車自主導(dǎo)航；地面車輛跟蹤和城市智能交通管理；緊急救生；個人旅游及野外探險；個人通訊終端（與手機,PDA,電子地圖等集成一體），方便了人們的日常生活。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種先進的測量儀器層出不窮。三維激

5、光掃描技術(shù)是上世紀(jì)九十年代中期開始出現(xiàn)的一項高新技術(shù)，是繼GPS空間定位系統(tǒng)之后又一項測繪技術(shù)新突破。它通過高速激光掃描測量的方法，大面積高分辨率地快速獲取被測對象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)?？梢钥焖佟⒋罅康牟杉臻g點位信息，為快速建立物體的三維影像模型提供了一種全新的技術(shù)手段。無人機航測遙感作為一種新型的低空遙感監(jiān)測技術(shù)，作為高空衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、中低空普通航空遙感的有效補充，具有響應(yīng)速度快、精細(xì)度高、使用成本低、操作培訓(xùn)簡便的技術(shù)特點，在多云多霧、影像獲取困難、人力難以到達(dá)等地區(qū)應(yīng)用，具有明顯的可操作性優(yōu)勢。二、三維激光掃描儀簡介三維激光掃描儀是利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面大量的密集的點的

6、三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息，可快速復(fù)建出被測目標(biāo)的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)。由于三維激光掃描系統(tǒng)可以密集地大量獲取目標(biāo)對象的數(shù)據(jù)點，因此相對于傳統(tǒng)的單點測量，三維激光掃描技術(shù)也被稱為從單點測量進化到面測量的革命性技術(shù)突破。該技術(shù)在文物古跡保護、建筑、規(guī)劃、土木工程、工廠改造、室內(nèi)設(shè)計、建筑監(jiān)測、交通事故處理、法律證據(jù)收集、災(zāi)害評估、船舶設(shè)計、數(shù)字城市、軍事分析等領(lǐng)域也有了很多的嘗試、應(yīng)用和探索。三維激光掃描系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集的硬件部分和數(shù)據(jù)處理的軟件部分。按照載體的不同，三維激光掃描系統(tǒng)又可分為機載、車載、地面和手持型幾類。1、三維激光掃描儀作業(yè)流程整個系統(tǒng)由地面三維激光掃描儀、數(shù)碼

7、相機、后處理軟件、電源以及附屬設(shè)備構(gòu)成，它采用非接觸式高速激光測量方式，獲取地形或者復(fù)雜物體的幾何圖形數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)。最終由后處理軟件對采集的點云數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)進行處理轉(zhuǎn)換成絕對坐標(biāo)系中的空間位置坐標(biāo)或模型，以多種不同的格式輸出，滿足空間信息數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)源和不同應(yīng)用的需要。簡單來講就是：（1）數(shù)據(jù)獲取，.設(shè)定掃描的范圍， .確定采樣密度及掃描距離，.數(shù)據(jù)采集；（2）數(shù)據(jù)處理： 數(shù)據(jù)預(yù)處理 數(shù)據(jù)拼接匹配；（3）建模： 算法選擇， 模型建立和紋理鑲嵌，數(shù)據(jù)的輸出與評價。2、三維激光掃描儀應(yīng)用領(lǐng)域作為新的高科技產(chǎn)品，三維激光掃描儀已經(jīng)成功的在文物保護、城市建筑測量、地形測繪、采礦業(yè)、變形監(jiān)測、工廠、

8、大型結(jié)構(gòu)、管道設(shè)計、飛機船舶制造、公路鐵路建設(shè)、隧道工程、橋梁改建等領(lǐng)域里應(yīng)用。三維激光掃描儀，其掃描結(jié)果直接顯示為點云（pointcloud 意思為無數(shù)的點以測量的規(guī)則在計算機里呈現(xiàn)物體的結(jié)果），利用三維激光掃描技術(shù)獲取的空間點云數(shù)據(jù),可快速建立結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不規(guī)則的場景的三維可視化模型,既省時又省力,這種能力是現(xiàn)行的三維建模軟件所不可比擬的 。最近幾年，三維激光掃描技術(shù)不斷發(fā)展并日漸成熟，三維掃描設(shè)備也逐漸商業(yè)化，三維激光掃描儀的巨大優(yōu)勢就在于可以快速掃描被測物體，不需反射棱鏡即可直接獲得高精度的掃描點云數(shù)據(jù)。這樣一來可以高效地對真實世界進行三維建模和虛擬重現(xiàn)。因此，其已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點之

9、一，并在文物數(shù)字化保護、土木工程、工業(yè)測量、自然災(zāi)害調(diào)查、數(shù)字城市地形可視化、城鄉(xiāng)規(guī)劃等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。3、三維激光掃描儀發(fā)展方向近些年來，三維激光掃描儀已經(jīng)從固定朝移動方向發(fā)展，最具代表性的就是車載三維激光掃描儀和機載三維激光雷達(dá)。車載三維激光掃描儀的系統(tǒng)傳感器部分集成在一個可穩(wěn)固連接在普通車頂行李架或定制部件的過渡板上。支架可以分別調(diào)整激光傳感器頭、數(shù)碼相機、IMU與 GPS天線的姿態(tài)或位置。高強度的結(jié)構(gòu)足以保證傳感器頭與導(dǎo)航設(shè)備間的相對姿態(tài)和位置關(guān)系穩(wěn)定不變。機載激光三維雷達(dá)系統(tǒng)（Light Detection And Ranging，簡稱LiDAR）是一種集激光掃描儀（Scanner

10、）、全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)以及高分辨率數(shù)碼相機等技術(shù)于一身的光機電一體化集成系統(tǒng)，用于獲得激光點云數(shù)據(jù)并生成精確的數(shù)字高程模型（DEM）、DSM（數(shù)字表面模型），同時獲取物體DOM（數(shù)字正射影像）信息，通過對激光點云數(shù)據(jù)的處理，DSM、DOM可得到真實的三維場景圖。4、國內(nèi)外產(chǎn)品及指標(biāo)國內(nèi)產(chǎn)品及指標(biāo)：HS450高精度三維激光掃描儀是中海達(dá)完全自主研發(fā)的脈沖式、全波形、高精度、高頻率三維激光掃描儀，配套中海達(dá)自主研發(fā)的全業(yè)務(wù)流程三維激光點云處理系列軟件，具備測量精度高、點云處理效率高、成果應(yīng)用多樣化等特點，廣泛應(yīng)用于數(shù)字文化遺產(chǎn)、數(shù)字城市、地形測繪、形變監(jiān)測、數(shù)字工廠、隧

11、道工程、建筑BIM等領(lǐng)域。中海達(dá)HS450測距方式脈沖式，激光波長：1545 nm激光等級1激光發(fā)散性0.35mrad測程450m1最小測程0.5m測距精度1cm100m分辨率1cm全景相機大于1億像素2數(shù)據(jù)獲取速度最高30萬點/秒3視場角垂直100(-40+60)水平360角度分辨率垂直0.002水平0.002掃描速度水平最快36/秒垂直最大150線/秒雙軸補償器范圍5分辨率0.001數(shù)據(jù)存儲240GB固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)傳輸以太網(wǎng)/ USB 2.0操控面板全彩色觸摸屏通訊接口以太網(wǎng)/ WLAN/2 x USB，連接外部相機和其他傳感器例如：GPS、里程計等電池時間4h（可接外置電池）操作溫度050

12、儲存溫度-2070光照條件強烈日光下或黑暗中均可操作濕度非冷凝防護等級IP 64尺寸200mm200mm356mm重量12.8kg國外產(chǎn)品及指標(biāo)徠卡C5三維激光掃描儀主要技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)Scanstation C5儀器精度點位6mm距離4mm角度12模型表面精度2mm標(biāo)靶獲取精度2mm激光掃描系統(tǒng)類型-顏色及波長綠色/532nm激光類型3R掃描距離35米掃描速率多達(dá)25000 點/秒, 最大即時掃描速率掃描視場角水平方向最大360，垂直最大270激光光斑大小4.5mm/050m;最小掃描密度1mm數(shù)據(jù)存儲容量80G通訊方式動態(tài)IP地址，以太網(wǎng)機載界面顯示完全彩色觸摸屏圖形化顯示界面，QVGA

13、（320 X 240像素)數(shù)據(jù)傳輸以太網(wǎng)或USB2.0激光對中器2級,精度為1.5mm/1.5m,光斑大小2.5mm/1.5m且可開/關(guān)激光對中器2級,精度為1.5mm/1.5m,光斑大小2.5mm/1.5m且可開/關(guān)電源外接電源15V直流電或90260V交流電功耗50W電池類型內(nèi)電池/外電池均為鋰電池電源接口可同時使用兩塊內(nèi)電池和一塊外電池，支持熱交換供電時間內(nèi)電池（兩塊）3.5h,外電池6h環(huán)境指標(biāo)工作溫度0 C +40 C存儲溫度-20 C +65 C照明白天和晚上均可工作濕度非冷凝防塵/水IP54物理性能掃描儀尺寸/重量238mm長 x 358 mm寬 x 395 mm高/13kg內(nèi)電

14、池尺寸/重量40mm長 x 72 mm寬 x 77 mm高/0.4kg外電池尺寸/重量95mm長 x 248 mm寬 x 60 mm高/1.9kg物理性能交流電供電單元尺寸/重量85mm長 x 170 mm寬 x 41 mm高/0.9kg掃描速率可升級到50000點/秒掃描范圍可升級到300米雙軸補償器可以激活內(nèi)置雙軸補償功能內(nèi)置數(shù)碼相機可以激活內(nèi)置高像素相機拍照功能天寶Trimble TX8性能參數(shù)掃描原理：水平旋轉(zhuǎn)基座上的豎直旋轉(zhuǎn)鏡掃描測距原理：由天寶“閃電(Lightning)”技術(shù)提供的超高速脈沖激光測量速率：1MHz最大測程：120 m（對于大多數(shù)表面），340 m（最遠(yuǎn)）測距噪聲：

15、 2毫米（對于大多數(shù)表面）測距系統(tǒng)：激光等級：1類，對人眼安全（依據(jù)國際電工委員會激光等級測試標(biāo)準(zhǔn)EN60825-1）激光波長：1.5m，不可見激光束直徑： 6毫米（距離10 m處）10毫米（距離30 m處）34毫米（距離100 m處）最小測程：0.6 m最大標(biāo)準(zhǔn)測程：120 m（對于反射率在1890%間目標(biāo)） 100 m（對于反射率在5%左右的超低反射率物體）擴展選項測程：340 m測距噪聲：2毫米（2 m100 m范圍內(nèi)反射率1890%的物體）測距系統(tǒng)誤差：2小時光線條件：整個測程范圍內(nèi)所有室內(nèi)、室外光線條件（無光線條件限制）防塵防水等級：IP54電池尺寸：89.2毫米（寬）x20.1毫米

16、（高）x149.1毫米（深）電池重量：0.46公斤掃描儀重量： 11.0公斤（包括三角基座、電池和USB閃存）窗體頂端窗體底端三、無人機航空攝影測量簡介無人駕駛飛機簡稱“無人機”，英文縮寫為“UAV”，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。從技術(shù)角度定義可以分為：無人直升機、無人固定翼機、無人多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機等。無人機航測是傳統(tǒng)航空攝影測量手段的有力補充，隨著無人機與數(shù)碼相機技術(shù)的發(fā)展，基于無人機平臺的數(shù)字航攝技術(shù)已顯示出其獨特的優(yōu)勢，無人機與航空攝影測量相結(jié)合使得“無人機數(shù)字低空遙感”成為航空遙感領(lǐng)域的一個嶄新發(fā)展方向，下面以拓普康天狼星SIRIUS P

17、RO無人機航測遙感系統(tǒng)為例。對無人機進行簡單介紹。1、關(guān)于美國TPS公司美國拓普康定位系統(tǒng)公司（簡稱：TPS），位于毗鄰加州硅谷的利弗莫爾市,是拓普康集團在衛(wèi)星導(dǎo)航定位領(lǐng)域的全球產(chǎn)業(yè)基地。2014年，TPS聯(lián)合德國瑪芬奇，結(jié)合瑪芬奇在無人機飛行平臺專業(yè)的研發(fā)團隊，在全球無人機飛控系統(tǒng)設(shè)計方面多年的領(lǐng)先技術(shù)優(yōu)勢，率先推出了全球第一臺內(nèi)置RTK實時測量的無人機航空攝影平臺，顛覆了傳統(tǒng)航測大量布設(shè)地面控制點的作業(yè)流程，在無人機航空攝影測量領(lǐng)域，引起廣泛關(guān)注，得到高度好評。2、系統(tǒng)組成該系統(tǒng)高度集成，一體化程度高度融合，主要由系統(tǒng)硬件設(shè)備、影像處理系統(tǒng)、信息分析系統(tǒng)、業(yè)務(wù)運行保障系統(tǒng)等組成。1、系統(tǒng)硬

18、件設(shè)備：無人機飛行平臺、飛行控制系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、發(fā)射與回收系統(tǒng)；遙感任務(wù)設(shè)備、任務(wù)設(shè)備穩(wěn)定裝置、影像位置和姿態(tài)采集系統(tǒng)等。2、影像處理系統(tǒng)：影像數(shù)據(jù)快速檢查、糾正、拼接；DOM、DEM、DLG生產(chǎn)等。3、信息分析系統(tǒng)：信息提取、信息分析、報告自動生成、數(shù)據(jù)管理與檢索等。業(yè)務(wù)運行保障系統(tǒng)：野外裝備、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范、與各領(lǐng)域業(yè)務(wù)運行相結(jié)合的軟件開發(fā)和技術(shù)流程制定。3、應(yīng)用領(lǐng)域天狼星SIRIUS PRO依靠在飛行穩(wěn)定的自動駕駛、簡單的野外操控、以及與RTK技術(shù)的高度融合，自2014年11月進入中國市場，快速的得到了市場的認(rèn)可。目前,無人機已廣泛應(yīng)用于國土資源調(diào)查與監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害、應(yīng)急測繪保障

19、、地形圖測繪、規(guī)劃設(shè)計、數(shù)字城市建設(shè)、國家重大工程建設(shè)、災(zāi)害應(yīng)急與處理、資源開發(fā)、新農(nóng)村和小城鎮(zhèn)建設(shè)等方面，具有廣闊前景等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。4、無人機作業(yè)優(yōu)點和缺陷優(yōu)點：A、隱蔽性好，機動性強；B、造價低廉，事故率低；C、起降簡單，操作靈活；D、運輸方便，搭載傳感器靈活；E、監(jiān)控區(qū)域受限制小，工作組效率高；F、影像獲取快捷方便；G、滿足大比例尺成圖要求；H、 影像獲取周期短，時效性強幾個方面。缺陷：A、姿態(tài)穩(wěn)定性差；B、排列不整齊；C、旋偏角大；D、影像畸變大；E、像幅小影像數(shù)量多；F、基高比小模型數(shù)目多；G、模型切換頻繁等。六、個人總結(jié)面臨21世紀(jì)，世界測繪科學(xué)技術(shù)正在闊步前進，日新月異。測繪學(xué)研究和工作范圍已從地球擴展到太陽系空間；大地測量已由陸地擴展到海洋，從靜態(tài)到動態(tài)，從單學(xué)科發(fā)展成多學(xué)科