卫星定位与激光扫描技术在路网建设中的应用

卫星定位与激光扫描技术在路网建设中的应用
安全带插销摘要:GNSSRTK具有定位精度高、操作便捷、费用低等优点,而近年来快速发展的三维激光扫描技术则具备扫描速度快、数据信息量大、相对精度高、作业安全等特点。本文介绍GNSSRTK与三维激光扫描技术的原理及特点,两种相结合技术优势互补,取得了非常好的应用效果。
关键词:激光扫描;卫星定位;城市道路;全景测绘
引言
随着我国基础设施建设的不断发展,城市道路交通拥堵问题亟需解决。为加快城市道路建设解决日益加剧的机动车的交通道路供求问题,道路勘测调查领域也将面临新的挑战。因此也对我国城市路网的勘测调查技术也提出了新的要求。
1GNSSRTK和三维激光扫描技术基本原理
粽子机1.1RTK基本原理
发动机调速器
珍珠岩防火门芯板RTK差分通讯系统主要由三个部分组合做成:一个差分移动基准站,若干个差分流动站和若干个通讯系统,是以卫星载波相位跟踪的观测数据为基础和根据的。该系统实时对差分卫星GPS的测量,根据卫星GPS相对卫星实时定位的理论,将一台差分接收机实时设置在待测站已知的点上(差分基准移动移动站)另一台差分接收机则安放在另一个待测站的未知点上(差分移动基准站),同步接收和采集相同方向卫星的信号。GPS卫星信号会实时传输到查分基准移动站上,随后由查分基准移动站做出相位坐标测量,接着通过移动站的数据链将其给出观测的坐标值,卫星载波相位跟踪的状态和各待测站载波相位坐标信息一起实时传送给差分移动基准站;差分移动基准站通过随机数据链从待测站接收载波相位数据,然后利用差分GPS控制器中的随机实时数据处理软件和移动站本机同步采集的差分GPS观测坐标数据,直接构成移动站的差分卫星观测坐标并对观测坐标值进行实时处理,给出实时同步时各未知点的载波相位坐标。这为高效、精确的三维激光扫描技术提供了与待测区域载波相位坐标系相似的三维载波相位坐标系。
1.2三维激光扫描技术基本原理
无论扫描仪的应用类型如何,其主要基本结构和工作原理与扫描仪基本相似。三维激光扫
描器的主要基本结构原理是高速、高精度的三维激光测距仪,它配有一个反射镜和一组三维反射激光棱镜,可以精确地引导三维激光,并以相对均匀的角速度扫描。三维激光测距仪主动发射三维激光的同时被动接收自然物体产生的表面激光反射的三维激光信号使得用户可以准确地进行激光测距。对于每个激光扫描靶点,可以测量出每个站方向到每个扫描目标点的垂直倾斜距离,然后通過匹配激光扫描的水平方向和垂直方向之间的角度,可以精确地得到每个激光扫描点的相对水平坐标和垂直坐标。倘若目前已知扫描点与观测站之间的空间相对坐标和斜距,那么测量人员便可以准确地求得每个激光扫描点的三维坐标。
三维激光立体图像采集通过连续激光摄像机直接发射三维激光,以点云图像的形式采集物体内部的空间信息进行图像记录,也可用于360°*270°以上的广角采集,同时三维激光图像扫描距离宽度甚至可以扩大到1-6000m,通过三维激光图像拼接等先进技术,进一步扩大了三维激光扫描仪和成像仪的应用范围。
2GNSSRTK与三维激光扫描技术特点
2.1RTK技术的优点
RTK技术是一种非常高效的测量手段,比如一个高质量的RTK仪器站设单次即可测量5km的测区,而且精度高没有误差积累。RTK技术在外业工作中受制因素很少,其测量要求只需满足“电磁波通视和对空通视”即可,所以使用条件宽广,使用方便。在精确度上,RTK的高程测量精度都可以达到厘米数量级。最后RTK可以轻松胜任各种类型的测绘任务,其具有较高的系统自动化和集成自动化,也因此可以满足与三维扫描技术的集成搭配应用。
2.2三维激光扫描技术的特点
速度快、精度高、分辨率高是三维激光扫描测量技术的优点,同时三维激光扫描测量在应用上还具备非接触、兼容性好等突出优势。本文通过对市场上各种传统激光测量技术的比较,主要采用激光成像扫描测量技术,如激光全站仪、近景成像摄影激光测量、航空摄影激光测量等相关技术的分类比较并进行一些综合比较分析,主要可以发现它们具有以下的技术特点:
2.2.1非接触性测量方式
三维激光扫描技术是通过记录激光信号往返被测物体的时间获得仪器与被测物体间的距离,
间接计算出被测物体的三维空间数据,避免了因接触或对被测物体表面进行处理造成的破坏,同时为人力难以企及的情况提供了更安全可靠的测量方式,因此在文物保护与修复领域广泛应用。
2.2.2采样率高
随着三维激光扫描系统集成技术的不断发展和更新,目前扫描仪的采样率可达数万点/秒至数百万点/秒,减少了有效工作时长,方便数据更新。
2.2.3高精度、高分辨率
三维激光扫描设备提供不同密度的数据采集方式,采样密度间隔MIN1mm,其单点定位精度MAX可达2mm,保留了传统监测仪器的高精度。
2.2.4数据化采集方式兼容性好
感应式垃圾桶三维激光扫描设备获取的被测对象的空间数据以数字信号进存储和管理,具有全数字特征,方便与其他软件进行数据交换与共享。
2.2.5主动性、动态性、实时性和直观性
三维激光扫描技术通过主动向被测物体发射激光信号并记录激光回波的时间达到采集物体数据信息的目的,因此不受扫描环境的约束如温度、气压、光线的影响等,工作效率高。扫描完成即可显示采集的点云数据,方便操作人员现场查看,如有遗漏可及时进行补扫。
3项目应用效果
3.1现状地形图制作
空调连接管在点云成果上,对工程地形图需要的点、线信息进行提取。对于空旷区而言,主要以地貌特征为主,因此获取地貌特征线是关键。建成区地形中地物主要包括道路、房屋、电杆等,在地形图中主要以点和线的形式表现。空旷区以特征线自动提取为主,对半城区地形环境中的地物进行数据处理时,主要是采用人工绘制和软件提取相结合的方式进行处理。
3.2纵横断面图制作
基于点云成果生成DEM后,导入设计道路的中线及放线桩位,并根据地形起伏和地物分
布情况进行加桩。根据设计所需横断面宽度,在EPS绘图平台采用自主研发的根据快速批量断面数据。
格网高程提取在点云处理完成后,以.txt格式导入EPS绘图平台,点云密度较大,可按照设定的间距提取高程点,一般来说设定的抽稀后的高程点密度远远高于方格网测量的密度。根据提取后的高程点建立三角网,在设定方格网起点和方格网的生成方向后,即可在EPS绘图平台在自动提取格网点高程,用于后续土石方计算。采用“地面三维激光扫描+GNSSRTK”的作业方式,在获取高精度点云后,各个作业组在同一份基础点云数据的基础上各自按要求制作成果,工作效率成倍提高。而且基于点云和影像提取数据,漏测、测错的概率大大减少。
结束语
集成RTK的三维激光扫描地形图技术无疑是测绘外业工作的一大福音,他不仅充分结合了两种技术的优势还突出了这两种技术的搭配使用的发挥空间,让测绘和外业工作的复杂性和外业工作难度和复杂性大大降低,同时也可以让内业测绘工作人员将大量的精力从外业测绘工作的转向了内业,同时辅助以计算机软件也大大提高了内业的工作效率减轻了工作
的强度。另外,外业人员能够快速得到所需要的扫描点云区域完整空间信息和其他相关地貌地物属性的信息,内业工作人员也可以轻松从所需要扫描点云区域的数据中快速提取得出自己想要的地貌地物信息;变更所需要的比例尺时,只需按照一定的规范程序提取比例尺和相应的地貌地物特征点的坐标即可;一次扫描完成后能够快速生成多种测绘成果,除了所需的地貌地物测绘数据和地形图,同时也可以提供各种高精度的DEM、3D地形图模型、测区视频等多种增值产品,因此还能够使扫描点云数据充分的发挥价值。
参考文献:
[1]李长安.基于三维激光扫描的煤堆建模系统设计与实现[J].硅谷,2012(15):89-92.
[2]王波.影像特征线辅助下的三维激光点云建筑物建模[D].南京师范大学,2013.

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