划核实测量中的新技术应用

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