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［摘要］本文研究了RTK、三维激光扫描和无人机三种地形图制图方法。 RTK采用传统的单点建图方式，3D激光扫描采用3D点云建图方式，无人机采用3D实景模型建图方式。 研究结果表明：对于大场景的地形图测绘，采用RTK的单点制图测量精度受地理环境因素影响较大，效率低，但成本低。 利用三维激光扫描和无人机进行测绘测量精度受地理环境因素影响较小，效率较高，但成本较高。 因此，针对不同要求的地形图测绘项目，选择合适的地形图测绘方法显得尤为重要。

介绍

近年来，随着科学技术水平的不断提高，地形图测绘方法已经从传统的全站仪和RTK测量发展到今天的三维激光扫描测量和无人机测量。 不仅采集方式发生了变化，数据处理和测量的方法也发生了很大的变化，与传统测量相比节省了大量的人力物力。 此外，随着社会的发展，配备三维激光扫描测量的设备已经扩展到车载和机载三维激光扫描测量，采集方式更加完善。 无人机测量作为目前测绘行业最流行的测量方式，还有很多问题需要解决。 本文对这三种测绘方法进行了简单的比较分析。

01 研究对象介绍

本论文的研究对象是位于江苏省徐州市铜山区的江苏师范大学泉山校区。 地势较为平坦，四周群山环抱。 黑色实线范围为研究对象的调查区域。 测区内高楼林立，树木较多，地物较为复杂。 调查区面积约0.8km²，研究对象调查区范围如图1所示。

图1：研究对象调查区域范围

02 资料收集

本文数据的获取主要采用三种测量方式，依次为RTK测量方式、3D激光扫描方式和无人机测量方式。

2.1 RTK数据采集

RTK数据采集采用天宇G1 RTK测量系统。 实时动态测量（RTK）精度为±（10mm+1mm/km·d），d为被测点间距离，仪器内置倾角补偿器。 角度自动校正坐标，测量方式为网络方式（网络基站和移动台）。 采集数据时，先确定测区地理概况，然后根据测区现场情况安排人员和仪器，最后安排2组人员（每组2人）和2套仪器（RTK）和全站仪在每组）每台），从测区的两端到中间。 RTK测量完成后，由于RTK信号受到高楼和高大树木的影响，不能再使用RTK进行测量，可以使用全站仪进行辅助测量。 这种方法需要 32 小时才能在现场收集数据。 数据采集​​的主要流程如图2所示。

图2：RTK数据采集流程 2.2 3D激光扫描数据采集 3D激光扫描数据采集采用RiegLVZ-1000型3D激光扫描仪，扫描距离1400m，扫描精度5mm/100m（单点扫描），仪器具有内置双轴倾角传感器，可自动校准扫描仪，激光扫描方式为脉冲式。 采集数据时，首先确定测区的地理概况，然后根据测区的现场情况布置扫描站和控制点，最终布置44个扫描站，其中根据实际情况增加了5个站的网站。 共设站点49个，采集地物控制点16个。 其中，三维激光扫描安排一组人员，每组两人（每组仪器一套）。 这种方法需要 12 个小时来收集现场数据。 三维激光扫描数据采集的主要流程如图3所示。

图3 3D激光扫描数据采集过程

2.3 无人机数据采集

图4：无人机数据采集流程 03 数据处理 3.1 RTK数据处理 RTK数据处理采用CASS9.1软件，主要是对RTK和全站仪采集的野外数据绘制地形图。 由于地形图是使用两台仪器测绘的，因此在绘制地形图之前需要将野外采集的数据进行合并格式化，转换成CASS9.1软件可以导入的格式（点名、 X, Y, Z 到点名，Y, X, Z)。 然后导入CASS9.1软件，根据野外绘制的草图或野外测点名称绘制地形图。 该方法的测量精度受地理环境因素影响较大，效率较低。 RTK数据处理的主要流程如图5所示。

图 5：RTK 数据处理流程

3.2 地面3D激光扫描数据处理 3D激光扫描数据处理采用Riscanpro1.6.4和EPS2016 3D建图软件。 Riscanpro1.6.4软件主要是对野外采集的3D激光点云数据进行配准和去噪处理。 地图软件基于加工后的三维激光点云模型进行三维测绘。 首先，在数据处理之前，需要将3D激光点云转换成可以导入到Riscanpro1.6.4软件中进行进一步处理的格式。 另外全站仪大比例尺地形测量使用仪器，3D激光点云数据在配准前，需要依次将49个测站的扫描数据导入Riscanpro1.6.4软件进行压缩，以方便快速配准。 配准就是根据采集到的控制点，对扫描数据进行坐标系变换，使扫描坐标系转化为工程坐标系。 坐标系的变换主要是计算7个参数（平移参数3个，旋转参数3个，缩放参数1个）。 然后对配准的激光点云数据进行去噪处理，保留对3D建图有价值的3D激光点云数据。 最后将处理后的测区导入EPS2016三维测绘软件绘制地形图。 该方法测量精度受地理环境影响较小，效率较高。 3D激光扫描仪数据处理的主要流程如图6所示。

图6：3D激光扫描数据处理流程

3.3 无人机数据处理 无人机数据处理采用Smart3D4.4.9和EPS2016 3D建图软件，Smart3D软件是利用采集到的无人机影像数据构建测区的正射影像和3D实景模型，EPS2016 3D建图软件 该建图软件进行3D基于测量区域的正射影像和 3D 实景模型的映射。 首先，无人机图像处理前，需要对野外采集的图像数据进行筛选，剔除曝光过度、模糊和重复的图像，否则会导致Smart3D软件在处理过程中出现故障。 然后将采集到的图像控制点穿刺在无人机图像上进行航三角处理。 由于DJI Phantom4RTK采集的pos数据是自动写入图像的，因此在进行航三角处理时无需导入pos数据，穿出图像控制点后，再进行航三角处理。 此外，根据项目需要，在Smart3D软件中设置参数后，软件会自动构建测区的正射影像和3D实景模型。 最后在EPS2016 3D制图软件中，利用2D和3D联动，根据2D正射影像和3D实景模型绘制地形图。 该方法测量精度受地理环境影响较小全站仪大比例尺地形测量使用仪器，效率较高。 无人机数据处理的主要流程如图7所示。

图7：无人机数据处理流程 04 综合分析 通过对表1的分析，得到： 表1 不同地形图测绘方法对比 表数据量及占用内存 三种方法的数据量及占用内存地形图测绘差异较大。 与3D激光扫描采集的数据量和RTK占用的内存量相比，数据量和内存占用可以忽略不计，但RTK采集的数据是特征数据，而3D激光扫描和无人机采集的数据数据中存在大量的冗余和噪声，必须剔除后才能使用。 处理过程比较复杂，对存储设备的内存要求也比较高。 这三种地形图测绘方法在办公室和野外有很大的区别。 RTK在野外时间长，在办公室时间短。 3D激光扫描、无人机测绘在野外时间短，在办公室时间长。 而且企业内外花费的总时间也更短。 此外，RTK测量受地形和信号的影响较大，而3D激光扫描和无人机测量受地形和信号的影响小于RTK测量。 三种方法的自动化程度和设备成本在地形图测绘的自动化程度和设备成本方面存在较大差异。 RTK测量自动化程度低，但设备成本低。 一般大、中、小型测绘单位都有这种设备。 3D激光扫描测量的自动化程度较高，但与无人机测量相比仍较低。 无人机测量的自动化程度在这三种方法中尤为突出。 另外，3D激光扫描设备价格昂贵，一般中小测绘单位买不起。 无人机测绘设备价格与RTK测绘设备相近，可根据项目需要选择合适的测绘方式。 05 结语 通过对这些大比例尺地形图测绘方法的对比分析，发现有几个问题需要进一步研究和解决： 1. RTK测量技术在数据采集中，难以对在信号不好的地方采集数据。 2、三维激光扫描测量技术虽然精度高，但数据采集存在大量冗余和噪声，数据处理过程麻烦。 3、无人机测绘技术在数据处理过程中，3D实景模型图像与建筑物附近茂密树木开阔地面图像的联合建模问题需要进一步解决。