導(dǎo)航與高精地圖制作礦區(qū)地圖制作主講教師：Navigationandhigh-precisionmapproductionNavigationandhigh-precisionmapproduction導(dǎo)航與高精地圖制作由于礦山地形復(fù)雜，采用全站儀和GPS等傳統(tǒng)測量手段進(jìn)行高精度測繪工作往往費(fèi)時(shí)費(fèi)力。此外，礦區(qū)邊緣往往比較難以實(shí)地測量，在對(duì)礦體邊緣進(jìn)行精確測量時(shí)，偶有落石、落礦等情況發(fā)生，每一次的測量都面臨極大的挑戰(zhàn)。隨著數(shù)字礦山概念的提出，礦山管理對(duì)空間三維信息的需求也變得十分迫切，三維可視化的管理模式已經(jīng)成為數(shù)字礦山的重要內(nèi)容之一。近年來快速發(fā)展的三維激光掃描技術(shù)為解決復(fù)雜的礦山地形測量和數(shù)字礦山建設(shè)提供了新的技術(shù)手段。激光雷達(dá)技術(shù)具有高分辨率、高采樣率以及非接觸測量的優(yōu)勢，用于獲取礦山的復(fù)雜表面和高危區(qū)域的空間三維信息是十分合適的。本任務(wù)的目的是為自動(dòng)駕駛礦車制作一張礦區(qū)的高精地圖。要求通過使用大疆禪思L1，完成對(duì)模擬礦區(qū)的高精地圖數(shù)據(jù)采集。礦區(qū)空間三維信息無人機(jī)機(jī)載激光雷達(dá)Navigationandhigh-precisionmapproduction導(dǎo)航與高精地圖制作123了解大疆禪思L1

大疆禪思L1的操作流程礦區(qū)的數(shù)據(jù)采集和處理Navigationandhigh-precisionmapproduction導(dǎo)航與高精地圖制作大疆禪思L1是一款無人機(jī)負(fù)載云臺(tái)相機(jī)，集Livox激光雷達(dá)模塊、2000萬像素測繪相機(jī)、高精度慣導(dǎo)和三軸云臺(tái)于一身，最遠(yuǎn)測距可達(dá)450米，融合激光和可見光數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)生成具有真實(shí)色彩的高密度點(diǎn)云，后處理點(diǎn)云精度可達(dá)厘米級(jí)。L1可實(shí)時(shí)呈現(xiàn)三維點(diǎn)云，為礦區(qū)作業(yè)區(qū)域高精度地圖的實(shí)時(shí)性要求提供了重要的支撐。大疆禪思L1搭載在大疆經(jīng)緯M300RTK飛行平臺(tái)上，可實(shí)現(xiàn)全天候、高效率實(shí)時(shí)三維數(shù)據(jù)獲取以及復(fù)雜場景下的高精度后處理重建。了解大疆禪思L1禪思L1（上）和經(jīng)緯M300RTK（下）Navigationandhigh-precisionmapproduction導(dǎo)航與高精地圖制作大疆禪思L1的操作流程

大疆禪思L1的基本操作流程一般內(nèi)容如下：

（1）檢查點(diǎn)布設(shè)

在地形測繪作業(yè)中，一般可使用全站儀、RTK設(shè)備測量若干檢查點(diǎn)來檢核精度。大疆禪思L1的成果是las格式三維點(diǎn)云，與使用可見光獲取的三維模型不同，點(diǎn)云沒有結(jié)構(gòu)信息，因此在檢查點(diǎn)布設(shè)時(shí)與可見光會(huì)有所差別。Navigationandhigh-precisionmapproduction導(dǎo)航與高精地圖制作大疆禪思L1的操作流程

（2）開機(jī)預(yù)熱

為保證數(shù)據(jù)采集的精度，大疆禪思L1在起飛前需要開機(jī)靜置預(yù)熱慣導(dǎo)，預(yù)熱時(shí)間大概3-5分鐘（實(shí)際預(yù)熱時(shí)間與當(dāng)前傳感器溫度和環(huán)境溫度等因素有關(guān)），待聽到預(yù)熱完成的提示音后再開始任務(wù)。Navigationandhigh-precisionmapproduction導(dǎo)航與高精地圖制作大疆禪思L1的操作流程

（3）規(guī)劃航線

新建“建圖航拍”任務(wù)，可導(dǎo)入一個(gè)面狀類型的KML或手動(dòng)在地圖上進(jìn)行規(guī)劃。地形測繪推薦參數(shù)設(shè)置如下：

相機(jī)類型：選擇“禪思L1”后，選擇“雷達(dá)建?！?；

點(diǎn)云密度：每平方米多少個(gè)點(diǎn)，與飛行高度、重疊度、飛行速度、掃描方式、云臺(tái)朝向等參數(shù)有關(guān)。點(diǎn)云密度應(yīng)是數(shù)據(jù)成果的一個(gè)核心指標(biāo)，應(yīng)根據(jù)點(diǎn)云密度來進(jìn)行飛行速度和其他參數(shù)的設(shè)置。Navigationandhigh-precisionmapproduction導(dǎo)航與高精地圖制作大疆禪思L1的操作流程

（4）開始數(shù)據(jù)采集

在開啟“慣導(dǎo)標(biāo)定”功能后，M300RTK會(huì)自動(dòng)在航線中黃色航線位置進(jìn)行3次來回加減速飛行，此動(dòng)作為校正大疆禪思L1的慣導(dǎo)系統(tǒng)，校正過程中不會(huì)采集數(shù)據(jù)。飛行過程中，可通過點(diǎn)云/分屏/三維瀏覽等形式查看采集的數(shù)據(jù)成果，成果顯示也可以切換。如遇斷點(diǎn)續(xù)飛，則在斷點(diǎn)處會(huì)自動(dòng)進(jìn)行來回3次加減速校正。Navigationandhigh-precisionmapproduction導(dǎo)航與高精地圖制作大疆禪思L1的操作流程

（5）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

采集的數(shù)據(jù)會(huì)存儲(chǔ)在microSD卡的DCIM文件夾，以任務(wù)名命名，檢查文件是否完整。文件夾中應(yīng)包括后綴名為CLC（雷達(dá)相機(jī)標(biāo)定數(shù)據(jù)）、CLI（雷達(dá)IMU標(biāo)定數(shù)據(jù)）、CMI（視覺標(biāo)定數(shù)據(jù)）、IMU（慣導(dǎo)數(shù)據(jù)）、LDR（激光雷達(dá)點(diǎn)云原始數(shù)據(jù)）、MNF（視覺數(shù)據(jù)，此文件目前沒有也不影響）、RTB（RTK基站數(shù)據(jù)）、RTK（RTK主天線數(shù)據(jù)）、RTS（RTK副天線數(shù)據(jù)）、RTL（桿臂數(shù)據(jù)），以及JPG（照片數(shù)據(jù)）。

如缺少.RTB文件，則是因?yàn)轱w行過程中沒有連接RTK或RTK斷聯(lián)導(dǎo)致的，數(shù)據(jù)將不能處理，此時(shí)通過連接網(wǎng)絡(luò)RTK/架設(shè)RTK基站，可自架基站。Navigationandhigh-precisionmapproduction導(dǎo)航與高精地圖制作礦區(qū)的數(shù)據(jù)采集和處理

在進(jìn)行機(jī)載激光雷達(dá)礦區(qū)外業(yè)作業(yè)時(shí)，需要制訂詳細(xì)的作業(yè)計(jì)劃，包括布置外業(yè)控制點(diǎn)、計(jì)劃航線、計(jì)算行高、旁向重疊度等，另外還要進(jìn)行各種參數(shù)的檢校等。完成外業(yè)任務(wù)后，得到的數(shù)據(jù)主要有：GPS數(shù)據(jù)、IMU數(shù)據(jù)、時(shí)間數(shù)據(jù)、激光距離量測值、各波段的記錄值。需要將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合處理以得到激光腳點(diǎn)的三維坐標(biāo)值以及對(duì)應(yīng)的波段數(shù)值。然后還需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理，得到規(guī)則網(wǎng)格數(shù)據(jù)，進(jìn)行去噪處理，去除和抑制噪聲，進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波處理，將地面點(diǎn)與非地面點(diǎn)分開，得到DEM。最后對(duì)非地面點(diǎn)進(jìn)行分類處理，得到想要的地物數(shù)據(jù)，以達(dá)到相應(yīng)的處理目標(biāo)。Navigationandhigh-precisionmapproduction導(dǎo)航與高精地圖制作礦區(qū)的數(shù)據(jù)采集和處理

機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集處理的一般內(nèi)容如下：

（1）確定飛行航跡

首先通過地面GPS的基準(zhǔn)站和機(jī)載GPS測量數(shù)據(jù)的聯(lián)合差分結(jié)算，可以精確確定航攝過程中飛機(jī)的飛行軌跡。

（2）激光腳點(diǎn)三維空間坐標(biāo)的計(jì)算

利用相應(yīng)軟件，對(duì)飛機(jī)GPS軌跡數(shù)據(jù)、飛機(jī)姿態(tài)數(shù)據(jù)、激光測距數(shù)據(jù)及激光掃瞄鏡的擺動(dòng)角度數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合處理，最后得到各測點(diǎn)的（X，Y，Z）坐標(biāo)數(shù)據(jù)，稱為“激光點(diǎn)云”數(shù)據(jù)。Navigationandhigh-precisionmapproduction導(dǎo)航與高精地圖制作礦區(qū)的數(shù)據(jù)采集和處理

（3）激光數(shù)據(jù)的噪聲和異常值剔除

由于水體對(duì)激光的吸收、鏡面反射以及其他原因，使有些地面點(diǎn)無明顯的回波信號(hào)，從而得不到測距值。此外，由于電路、飛鳥、局部地形等原因，也會(huì)使數(shù)據(jù)中產(chǎn)生異常距離值，稱為局外點(diǎn)（測距值遠(yuǎn)大于飛行高度的點(diǎn)或測距值特別小的點(diǎn)）。在數(shù)據(jù)處理時(shí)，必須進(jìn)行預(yù)處理將這些局外點(diǎn)剔除。

（4）濾波

在LiDAR數(shù)據(jù)生成數(shù)字高程模型（DEM）時(shí)，借用了數(shù)字信號(hào)處理的概念，將DSM數(shù)據(jù)看作原始數(shù)據(jù)，將地面點(diǎn)集合（DEM）看作信號(hào)，其他的地物信息看作噪聲，把從DSM數(shù)據(jù)中除去非地面點(diǎn)數(shù)據(jù)而得到地面點(diǎn)數(shù)據(jù)的過程稱為濾波。Navigationandhigh-precisionmapproduction導(dǎo)航與高精地圖制作礦區(qū)的數(shù)據(jù)采集和處理

（5）航帶拼接

同傳統(tǒng)的航空攝影測量一樣，LiDAR數(shù)據(jù)采集作業(yè)時(shí)，由于航高和掃描視場角的限制，要完成一定的作業(yè)面積必須飛行多條航線，而且這些航線還必須保持一定的重疊（10%-20%）。由于各種誤差的存在和影響，使得相鄰航帶間的數(shù)據(jù)存在系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，造成高程不一致，必須加以消除。通過相鄰航帶間的拼接檢查，還能夠評(píng)估LiDAR系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差，得到改正參數(shù)，從而消除航帶間的系統(tǒng)誤差。Navigationandhigh-precisionmapproduction導(dǎo)航與高精地圖制作礦區(qū)的數(shù)據(jù)采集和處理

（6）激光點(diǎn)云分類數(shù)據(jù)分類處理完畢后，一些不必要的數(shù)據(jù)被剔除，數(shù)據(jù)量將減小，數(shù)據(jù)文件也將減小。根據(jù)具體要求，分類后的數(shù)據(jù)將以ASCII或二進(jìn)制的形式輸出。

（7）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換利用POS設(shè)備動(dòng)態(tài)定位所提供的坐標(biāo)和高程屬于GPS所用的WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)，而用戶需要的是屬于某一國家坐標(biāo)系統(tǒng)或當(dāng)?shù)氐淖鴺?biāo)系統(tǒng)，因此必須進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。Navigationandhigh-precisionmapproduction導(dǎo)航與高精地圖制作任務(wù)實(shí)施：模擬礦區(qū)高精地圖的制作

在校園內(nèi)或?qū)W校周邊尋找一塊區(qū)域作為模擬礦區(qū)，需要利用大疆M300RTK無人機(jī)搭配激光雷達(dá)禪思L1，完成對(duì)模擬礦區(qū)的高精地圖數(shù)據(jù)采集。請(qǐng)以5人/組為單位，先通過仿真軟件了解大疆禪思L1的操作流程并完成仿真測評(píng)，測評(píng)合格后，按照大疆禪思L1數(shù)據(jù)采集流程，分工合作，相互配合，完成模擬礦區(qū)高