多源数据在乡村地形图测绘中的应用探索

张慧智 张弯 贾宁

摘 要：移动三维激光扫描测量系统以其精度高、范围广和速度快等特点，在地形测量中发挥着重要的作用。但对于狭窄道路和遮挡严重的地方会造成数据的缺失，针对该问题，本文利用车载移动激光扫描系统结合无人机正射影像进行数据提取，并进行数据融合。以实现快速、准确地进行乡村地形图测绘，最后通过全景影像进行检查，减少了外业踏勘任务量。

关键词：移动测量系统；正射影像；地形图

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.190

0 引言

传统地形图测绘工作中，普遍采用人工测量并手工计算的方式进行测量工作，该方法劳动周期长、投入人力大、测量精度低，且计算方法也不尽完善[1]。由于全站仪在乡村地形测绘中受通视条件限制，杨五一[2]基于无人机低空摄影测量系统测量福建省厦门市海沧区东孚镇中多个乡村的影像数据，获取1：2000的地形图；卢秀山[3]等人在狭窄复杂的乡村地形环境中利用轻便型移动测量系统获取乡村地表及其附属地物点云数据并结合青岛秀山移动测量有限公司研发的测图软件得到乡村地形图；文献[4]以新疆焉耆县北大渠乡北大渠村为研究对象，利用网络RTK方式测量地面控制点，结合机载激光雷达（以下简称机载LiDAR）技术获取农村宅基地房屋地形图；杨宏健[5]等人采用无人机倾斜摄影技术手段采集某行政村的地表数据，利用三维测图系统提取地物信息并进行三维建模。随着航空摄影、遥感影像、机载LiDAR 等技术应用的发展，可综合利用多源技术手段的各自优势，为乡村地形勘测提供高精度的基础数据[6]。

移动测量系统可以高效的进行数据采集，但是对地形复杂、无通行道路、大范围植被、地势陡峭的测区进行地形图测量时，该设备易受到限制。鉴于此，本文提出一种点云、正射影像、全景多数据结合方式进行地形图测绘，相对于单一测图，多源数据测图不仅提高了作图的效率而且保证了测图精度。

1 多源数据分析

1.1 车载移动测量系统

车载三维激光扫描系统主要是由定姿定位模块和数据采集模块组成。其中定姿定位模块（POS）主要由GPS、惯性导航单元（IMU）及DMI（人机界面）组成，为行驶中的车辆提供高精度的位置和姿态[7]。数据采集模块主要由三维激光扫描仪和CCD全景相机构成。利用GPS动态插值计算以传感器系统中心点为测量原点的大地坐标系，IMU提供传感器系统的实时姿态，三维激光扫描仪对乡村道路路面及周围地物进行快速扫描，全景相机获取乡村道路两侧的全景影像。车载三维激光扫描系统的数据处理流程如图1所示。

1.2 正射影像

正射影像是指将中心投影的像片，经过纠正处理，在一定程度上限制因地形起伏引起的投影误差和传感器等误差产生的像点位移的影像，是一种具有正射投影性质、地理信息的遥感影像。影像上具有被测对象的坐标、方位以及尺寸等信息，可直接在影像上量测距离及面积。

本文正射影像是通过无人机航空摄影技术手段获取并以栅格数据形式存储的遥感影像，卫星影像生产处理流程如图2所示。

2 数据处理

2.1 点云预处理

点云的预处理是采用青岛秀山移动测量有限公司自主研发的点云处理系统-VsurPointCloud，它支持海量点云数据显示和漫游，提供了点云选择、交互测量、点云数据交互编辑、基于点云数据的特征信息提取等特色功能。点云数据预处理流程一般包括：（1）点云滤波：是以去除测量噪声为目的，其常用的方法主要有基于高程和基于扫描线去除噪声两种方法。（2）点云抽稀：车载三维激光扫描系统获取的点云数据量大、密度大，为避免内存溢出和资源浪费需对数据进行抽稀。（3）点云分割：依据被测对象的几何特征对点云进行划分，从而提取到点云中不同的物体。（4）点云分类：分类是对点云属性识别的过程，是数据矢量化的前提。主要有近邻聚类法和物体表面分割两种方法[9]。

2.2 正射影像纠正

正射影像纠正的实质是采用一种相对合适的数学模型，如仿射变换、投影变换、多项式矫正等，依据高精度点云和地图的实际坐标情况进行必要的纠正。采用局部纠正的方式，首先获取图像坐标系中一定数量且分布均匀的点，然后采集点云中同名点，利用GIS系统中的变换方式进行影像的纠正。为了保证纠正的精度，通常均匀选取3对及以上同名点来进行栅格影像几何纠正[10]。

3 地形图成图

3.1 测区概况

本次测区为北方某乡村，村庄多以瓦房为主，排列较为整齐，道路相对较窄。移动测量系统外业采集需投入2名作业人员，其中1名为驾驶员，1名为数据采集员；该系统在采集时可达到20-30公里/小时，与传统测量方法相比，节省了大量时间；内业测图可多任务并行操作，大幅度提高作业效率，缩短工程周期，降低了作业成本。

3.2 地形成图

借助青岛秀山移动测量有限公司研发的测图软件（VsurMap），将车载移动测量激光点云与机载正射影像进行匹配，对激光点云与正射影像进行不同分辨率、不同尺度数据的相对配准，如图3所示，。对乡村地物进行提取，其最终效果如图4所示。

4 结束语

本文首先通过车载激光扫描方法获取点云，结合基于无人机航空摄影测量获取的乡村影像，然后对多源数据进行处理，最后形成乡村地形图。该方法结合了两种作业方法各自优势，提高了作业效率和数据精度，节省了大量时间。

参考文献：

[1]俞少杰.地形测量中现代自动化测绘技术的应用分析[J].江西建材，2017（10）：214.

[2]杨五一.无人机低空摄影测量技术在美丽乡村建设中的应用[J].江西测绘，2014（04）：25-27.

[3]卢秀山，谢欣鹏，刘如飞.轻便型移动测量系统在乡村地形测量中的应用[J].测绘科学，2016，41（10）：149-152.

[4]杨青山，汤学才，范彬彬等.轻型机载LiDAR在农村宅基地房屋测量中的应用[J].测绘通报，2017（09）：88-91.

[5]李玉梅.无人机航空摄影在农村土地承包确权工作中的应用[J].价值工程，2015（06）：233-234.

[6]高文明.多源遥感数据在道路勘测中的应用[J].测绘通报，2018

（03）：117-121.

[7]熊伟成，杨必胜，董震.面向车载激光扫描数据的道路目标精细化鲁棒提取[J].地球信息科学学报，2016，18（03）：376-385.

[8]张富杰.车载激光测量系统在地下构建筑物快速建模中的研究[D].河南理工大学，2016.

[9]邵帅，刘春晓，周光耀等.基于车载LiDAR点云的地物分类方法的研究[J].测绘与空间地理信息，2017（02）：198-201.

[10]刘学杰.扫描图像矢量化中图像纠正方法的技术探讨[J].测绘与空间地理信息，2016（09）：190-191.

作者簡介：张慧智（1992-），女，河北邢台人，研究生在读，硕士，研究方向：移动测量技术与方法。