利用复合式点云网进行三维地形测绘土方工程量的方法技术

本发明专利技术属于三维地形测绘技术领域，提供一种利用复合式点云网进行三维地形测绘土方工程量的方法，在同一坐标系下使用了GPS测绘设备和激光雷达无人机进行测绘，具体包括以下步骤：步骤S1，采用GPS测绘设备抄测若干个定位点的精确坐标和高程；步骤S2，采用GPS测绘设备测量网格点的GPS高程；步骤S3，采用激光雷达无人机多次满场抄测，得到施工现场无人机点云；步骤S4，经数据处理后，得到复合式点阵加密点云数据包；步骤S5，生成三维标高计算模型；步骤S6，将步骤S1中的GPS定位点在三维标高计算模型中定位，以生成地形全域图。本发明专利技术使用了GPS测绘设备和激光雷达无人机，同时利用复合式点云网进行三维地形测绘土方工程量，可实现测绘精准点位。精准点位。精准点位。

【技术实现步骤摘要】
利用复合式点云网进行三维地形测绘土方工程量的方法


[0001]本专利技术属于三维地形测绘
，具体涉及一种利用复合式点云网进行三维地形测绘土方工程量的方法。

技术介绍

[0002]目前现有的测绘设备包括GPS设备、无人机拍摄设备和激光扫描仪，该三种设备的现有理论抄测技术分别存在以下无法解决的弊端：1.卫星定位误差精度水平方向1cm，垂直方向2.5cm~3.1cm，定位精确度不达标；2. 激光反射误差由于风力影响等仪器震颤频率幅度大小精度不可预计，理想精确状态下不小于11mm，实际应用中由于地形原因，设备精度，大气状况等可能使精度大大降低；3. 单靠扫描实际实施得出的数据误差偏差过大。
[0003]在三维地形测绘时，通常会应用GPS设备、无人机拍摄设备、激光扫描仪三种设备中的一种或两者，具体的测绘方法主要包括以下四种：GPS+扫描设备成像、GPS+无人机拍摄点云网建模、扫描设备成像和无人机扫描成像。然而上述测绘方法存在的问题分别为：1. GPS+扫描设备成像，未解决定位与高程精度问题，且测绘面积受限；2. GPS+无人机拍摄点云网建模，该方法的基本为GPS的数据和精度，其中无人机作用较小；3.扫描设备成像，该方法的应用技术条件、环境条件、设备条件较高，且精度不高；4.无人机扫描成像，无人机定位精度较低，施测环境条件要求较高，扫描精度达不到测绘要求，5.无人机扫描成像无论单回波还是多回波仪器接收所得的数据均远不满足平衡仪器误差要求，测绘偏差过大，采集高程偏差最大时甚至超过10cm，实用性无法满足精确测量要求。
[0004]因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种利用复合式点云网进行三维地形测绘土方工程量的方法，能够解决现有技术中存在的不足。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种利用复合式点云网进行三维地形测绘土方工程量的方法，在同一坐标系下使用了GPS测绘设备和激光雷达无人机进行测绘，具体包括以下步骤：步骤S1，采用GPS测绘设备抄测若干个定位点的精确坐标和高程，用于与无人机点云进行对应点坐标拼合；步骤S2，采用GPS测绘设备测量网格点的GPS高程，用于对无人机点云提供对应点高程定位复合、高程复核；步骤S3，采用激光雷达无人机多次满场抄测，得到施工现场无人机点云；步骤S4，经数据处理后，得到复合式点阵加密点云数据包；步骤S5，将所述复合式点阵加密点云数据包用地形三维可视化数字地面三角网模型建立，生成三维标高计算模型；步骤S6，将步骤S1中的GPS定位点在所述三维标高计算模型中定位，以生成地形全
域图。
[0007]在如上所述的利用复合式点云网进行三维地形测绘土方工程量的方法，优选，所述步骤S4具体包括：步骤S401，将所述无人机点云数据中的测量点位分为误差点位和正常点位；计算正常点位高程差值的算数平均值，作为本场基准高程测量误差；按照所述本场基准高程测量误差将所述误差点位的高程调整至正常范围；步骤S402，利用微积分原理，通过计算机分区域模拟多次重复抄测，以得到相应点的模拟高程取值；步骤S403，参考所述步骤S1中的GPS定位点，对相应的所述模拟高程取值进行复核；对于误差偏差较大区域的模拟高程数据，采用所述步骤S2的GPS高程进行修正。
[0008]在如上所述的利用复合式点云网进行三维地形测绘土方工程量的方法，优选，在所述步骤S401中，对于正常点位，根据抄测的坐标点对应每次高程数据，得到同一范围坐标点下的高程差值，然后将所有正常点位的高程差值进行算数平均值，作为本场基准高程测量误差。
[0009]在如上所述的利用复合式点云网进行三维地形测绘土方工程量的方法，优选，所述步骤S401中，所述点云数据中误差点位为无人机测量的前800个以上的点。
[0010]在如上所述的利用复合式点云网进行三维地形测绘土方工程量的方法，优选，所述步骤S402中，所述计算机进行80次以上模拟抄测，直至拼合后的数据达到并趋于稳定。
[0011]在如上所述的利用复合式点云网进行三维地形测绘土方工程量的方法，优选，所述步骤S402中，每个区域内的模拟数据在对应区域的无人机点云高程最大值与最小值之间采取正态分布式取点的方式随机取值，将点位离散区域外的点排除掉，其余对应各点用计算机分区域模拟拼合；具体为，在取值重叠区域内将随机点划分为三个区域，每个相邻坐标的所有高程点取加权平均值，最后合成为一个数值，即模拟高程取值。
[0012]在如上所述的利用复合式点云网进行三维地形测绘土方工程量的方法，优选，所述步骤S2中，所述网格点基本呈梅花形网络布置或矩形网络布置，相邻点间距为2
‑
15m，个别点如变坡点、拐角点等按照实际地形逐个采集。
[0013]在如上所述的利用复合式点云网进行三维地形测绘土方工程量的方法，优选，所述步骤S3中，无人机在大气宁静度较好的条件下用慢速均匀覆盖满场地形，无人机反复抄测满场2
‑
10次；无人机测绘激光雷达开机时保持6
‑
8m/s的抄测速度，移动时按照12
‑
15m/s的转场速度飞行；测绘高度为30
‑
50m；所述无人机点云的点密度为：平坦地形≥50/
㎡
，复杂地形70
‑
150/
㎡
。
[0014]在如上所述的利用复合式点云网进行三维地形测绘土方工程量的方法，优选，所述GPS测绘设备和激光雷达无人机均采用WGS
‑
84坐标系，可互相拼合转换。
[0015]在如上所述的利用复合式点云网进行三维地形测绘土方工程量的方法，优选，在所述步骤S1中，所述定位点有12
‑
18个，且位于场地内四周及内部。
[0016]有益效果：本专利技术使用了GPS测绘设备和激光雷达无人机，同时利用复合式点云网进行三维
地形测绘土方工程量，可实现测绘精准点位。
[0017]复合式点云网技术的原理为：一方面，用GPS作为场地模型定位及模型数据拼合的位置、高程复核，保证了定位点精度。
[0018]另一方面，无人机雷达二次扫描拼合后可弥补一部分测绘误差，以此类推，测绘误差的变小是由叠合次数决定的，应用微积分原理分解问题：假设测绘次数无限次则某点的算数平均得到的值会近似趋向于实际情况。应用已趋于成熟的DTM三角网法将上述结果利用计算机模拟生成唯一数据导入civil 3D中生成三维模型，进行点阵二次加密处理，得出最终结果。该方式由现场实际操作改为计算机无限次模拟飞行器测绘生成数据弥补了激光测绘误差的缺陷，解决了需要在现场抄测频次过高的问题。
附图说明
[0019]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。其中：图1为本专利技术中GPS抄测时定位点分布示意图；图2为本专利技术中GPS测量时网格点分布示意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用复合式点云网进行三维地形测绘土方工程量的方法，其特征在于，在同一坐标系下使用了GPS测绘设备和激光雷达无人机进行测绘，具体包括以下步骤：步骤S1，采用GPS测绘设备抄测若干个定位点的精确坐标和高程，用于与无人机点云进行对应点坐标拼合；步骤S2，采用GPS测绘设备测量网格点的GPS高程，用于对无人机点云提供对应点高程定位复合、高程复核；步骤S3，采用激光雷达无人机多次满场抄测，得到施工现场无人机点云；步骤S4，经数据处理后，得到复合式点阵加密点云数据包；步骤S5，将所述复合式点阵加密点云数据包用地形三维可视化数字地面三角网模型建立，生成三维标高计算模型；步骤S6，将步骤S1中的GPS定位点在所述三维标高计算模型中定位，以生成地形全域图。2.根据权利要求1所述的利用复合式点云网进行三维地形测绘土方工程量的方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：步骤S401，将所述无人机点云数据中的测量点位分为误差点位和正常点位；计算正常点位高程差值的算数平均值，作为本场基准高程测量误差；按照所述本场基准高程测量误差将所述误差点位的高程调整至正常范围；步骤S402，利用微积分原理，通过计算机分区域模拟多次重复抄测，以得到相应点的模拟高程取值；步骤S403，参考所述步骤S1中的GPS定位点，对相应的所述模拟高程取值进行复核；对于误差偏差较大区域的模拟高程数据，采用所述步骤S2的GPS高程进行修正。3.根据权利要求2所述的利用复合式点云网进行三维地形测绘土方工程量的方法，其特征在于，在所述步骤S401中，对于正常点位，根据抄测的坐标点对应每次高程数据，得到同一范围坐标点下的高程差值，然后将所有正常点位的高程差值进行算数平均值，作为本场基准高程测量误差。4.根据权利要求2所述的复合式点云网进行三维地形测绘土方工程量的方法，其特征在于，所述步骤S401中，所述点云数据中误差点位为无人机测量的前800个以上的点。5.根据权利要求2所述的复合式点云网进行三维地形测绘土方工程量的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭翔，姚荣辉，高振华，谢鹏鹏，杨春，乔丽瑞，薛小兵，赵娜，
申请(专利权)人：山西建筑工程集团有限公司，
类型：发明
国别省市：