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案例 | mdLiDAR3000LR 方案應用于貴州省某河道測量項目

2020-10-13 13:20 性質：轉載 作者： 鎂科眾思市場部 來源： Microdrones
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2020年年初，貴州省某設計院客戶需要使用無人機搭載激光雷達掃描一段河道，河道全長1.3千米，相關區域面積253,350平方米。另外，客戶希望進行帶狀測繪以提高效率...





2020年年初，貴州省某設計院客戶需要使用無人機搭載激光雷達掃描一段河道，河道全長1.3千米，相關區域面積253,350平方米。
另外，客戶希望進行帶狀測繪以提高效率。
數據要求：

  • 成果需求: Las格式三維點云
  • 準確度: ≤10cm
  • 坐標參考框架: CTRF2000
  • 投影坐標系: CGCS2000 CM108E
  • 高程系統: 大地高

應用難點：

  • 測區海拔較高，正值北方初春時節，風力較大；
  • 測區高低起伏較大；
  • 現場風沙很大，特別起風之后，對飛機的防護等級要求較高；

測區概覽圖





實施方案
Microdrones端對端工作流程：



規劃



項目要求、精度和可交付成果

項目要求
技術
機載激光雷達
可交付成果
三維點云
精度 σ（Z/高程）
10 厘米
數據收集時間
1 天內
坐標參考框架
CTRF 2000
投影坐標系
CGCS2000 CM108E
高程基準
橢球高/大地高

目標區域



處理參數

  • 可交付成果：點云
  • 投影：CGCS2000 CM108E
  • 坐標參照框架：CTRF2000
  • 高程基準：大地高



飛行參數
mdSolution: mdLiDAR3000LR 集成方案

  • 應用場景廣泛
  • 少數能在120米以上飛行的激光雷達
  • 穩定性好，安裝在md4-3000無人機上
  • 易上手的處理軟件，很大限度減少后處理步驟
  • 可調控 & 長測程，滿足項目要求的高效解決方案



高度設置：300 米

  • 為達到預期表面反射率設置的最大高度
  • 在該飛行高度上可獲得最大點云密度
  • 兼顧效率的高度規劃  

速度：7 米/秒

  • 飛行速度直接決定了點云密度

視角：100

  • 每個航帶所能覆蓋的最大區域

重疊度：40%

  • 可能存在的不規則地形

  • 城市區域的建筑物



各種材料反射率參照表

目標 — GCP/檢查點：6個

  • 現場在已知控制點上進行架設基站，采集靜態GNSS數據

  • 采用RTK打點的方式采集檢核點，共計6個，建議使用靶標，如無，可以采集特征點

  • GPS設備采用徠卡GS18 RTK



飛行方向：跟隨河道帶狀飛行

  • 帶狀飛行可以顯著提高飛行效率（省電）

  • 跟隨河道有助于更好的采集河道信息






飛行參數摘要：



預期的項目誤差



注：該數值基于集成系統的規格推算
 飛行與數據采集





數據收集

  • 系統：mdLiDAR3000LR

  • 高度：300 米

  • 速度：7 米/秒

  • 使用導入DSM 進行仿地飛行

  • 飛行方向：沿河道方向

  • 飛行次數：1 個

  • 地面檢核點：7 個（使用徠卡GS18 RTK測得）

  • 視角：80

  • 重疊：40%

  • 覆蓋的區域：2000 x 200 米

  • 飛行時間：29分鐘



使用mdCockpit軟件執行飛行任務
在平板電腦上規劃、監控、調整、分析和控制任務。功能性、靈活性和飛行：一切盡在掌握之中。





數據處理與展示



目標的質量控制

  • 所有目標都在目標區域內
  • 所有目標都被完全覆蓋
  • 所有目標都不存在初始化的問題





mdInfinity：軌跡處理和軌跡文件 Sbet 生成



mdInfinity —處理狀態



mdInfinity — 軌跡 RMS（X 軸、Y 軸和 Z 軸）

  • 數值為零，意味著數據質量非常好

  • XYZ三個方向的軌跡精度都非常好

mdInfinity數據處理平臺：LiDAR 地理定位和定向
校準報告：



mdInfinity應用界面：



經過地理定位后的LiDAR點云：



mdInfinity數據處理軟件和第三方軟件：可交付測繪成果的生成





質量控制





航帶校準分析
兩條航帶的橫截面：



  • 藍色：第 6 條航帶

  • 橙色：第 7 條航帶

兩條航帶的噪聲包絡線必須保持一致，必須混合兩條航帶，不得使一條航帶高于另一條航帶。
在該實測項目中，Microdrones 使用了 mdLIDAR3000LR 無人機集成系統，在演示區域飛行1個架次，共掃描0.772平方公里，飛行高度300米，采集了GNSS數據，機載激光雷達原始數據，慣導數據。經過處理得到了該區域的數字三維點云，點云密度為每平方米58個點。
為了正確評估測繪成果的準確度，Microdrones 采用了以下方法：

  1. 使用Global Mapper 軟件，導入Las 格式的數字三維點云。
  2. 使用Global Mapper 軟件，在點云上采集所有坐標已知的地面檢查點。
  3. 將點云上測量得到的檢查點坐標與用戶提供的已知點坐標進行比較。
  4. 統計測得和已知的地面檢查點的偏差，記錄在表中。

精度評估



數據結果完全滿足客戶的要求                   



獨立的精度評估報告：



可交付成果：

  • 著色點云
  • 精度評估報告

項目成功！

點云成果展示
測區彩色點云







測區河道



河道斷面



測區DSM和正射影像     





項目結論

  • 成果精度高（Z中誤差，點云1mm以下）；

  • 生產效率遠超傳統測繪方式，一個架次即可完成，地面站式掃描儀在河道存在架站困難的問題；

  • mdLIDAR3000LR 方案低重疊度的特點大大提升了帶狀測繪的內外業效率；

  • 單次飛行時間30分鐘以上，1個架次即可完成此次項目；

  • 對于植被茂密的中國西南地區非常適合；

  • mdLiDAR3000LR 方案無數據分層現象，利于帶狀測繪。


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