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本文研究對象為江蘇省師范大學(xué)泉山校區(qū)， 該對象位于江蘇省徐州市銅山區(qū)，地勢較為平坦，周邊有高山。黑色實(shí)線范圍為研究對象的測區(qū)范圍，測區(qū)范圍內(nèi)高層建筑物和樹木較多，地物較為復(fù)雜。測區(qū)面積約為0.8km2，研究對象的測區(qū)范圍如圖１所示。 

圖１：研究對象測區(qū)范圍

本文數(shù)據(jù)的獲取主要利用三種測量方法，依次是RTK測量方法、三 維激光掃描方法和無人機(jī)測量方法。

2.1 RTK 數(shù)據(jù)采集 

RTK 數(shù)據(jù)采集使用的是天宇 Ｇ１RTK 測量 系統(tǒng)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量（RTK）精度 為±（１０ｍｍ＋ １ｍｍ／ｋｍ·ｄ），ｄ 為被測點(diǎn)間距離，儀器內(nèi)置傾斜補(bǔ)償器，根據(jù)對中桿傾斜方向和角度自動(dòng)校正坐標(biāo)，測量方式為網(wǎng)絡(luò)模式（網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)站和移動(dòng)站）。數(shù)據(jù)采集時(shí)，首先確定測區(qū)范圍的地理概況，然后根據(jù)測區(qū)范圍的現(xiàn)場情況進(jìn)行人員和儀器安排，最后安排２組人員（每組２人）和２套儀器（每組 RTK 和全站儀各一套），分別從測區(qū)范圍的兩端向中間進(jìn)行。當(dāng)使用RTK測量完成后，由于RTK信號(hào)受高層建筑物和高大樹木的影響無法再使用RTK進(jìn)行測量，可使用全站儀進(jìn)行輔助測量。該方法進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集用時(shí)32ｈ。數(shù)據(jù)采集主要流程如圖２所示。

圖２：RTK數(shù)據(jù)獲取流程

2.2 三維激光掃描數(shù)據(jù)采集

三維激光掃描數(shù)據(jù)采集使用的是RiegLVZ-1000三維激光掃描儀，掃描距離為1400m，掃描精度為５ｍｍ／１００ｍ（單點(diǎn) 掃 描），儀器內(nèi)置雙軸傾斜傳感器，可自動(dòng)校正掃描儀，激光掃描方式為脈沖式。數(shù)據(jù)采集時(shí)，首先確定測區(qū)范圍的地理概況，然后根據(jù)測區(qū)范圍的現(xiàn)場情況進(jìn)行布設(shè)掃描 測站和控制點(diǎn)，最終布設(shè)掃描測站44站，其中根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況增加了５站，共掃描４９測站，采集特征控制點(diǎn)１６個(gè)。其中三維激光掃描安排一組人員，每組２人（每組一套儀器），該方法進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集用時(shí)１２ｈ。三維激光掃描數(shù)據(jù)采集主要流程如圖３所示。

圖３ 三維激光掃描數(shù)據(jù)獲取流程

2.3 無人機(jī)數(shù)據(jù)采集

無人機(jī)數(shù)據(jù)采集使用的設(shè)備是大疆 Phantom4RTK 智能型無人機(jī)，有效像素２０００萬（總 像素 ２０４８ 萬）。定位精度為垂直（１．５ｃｍ＋ １ｐｐｍ）和水平（１ｃｍ＋１ｐｐｍ），１ｐｐｍ 為無人機(jī)每移動(dòng)１ｋｍ 誤差增加１ｍｍ。內(nèi)置圖像補(bǔ)償器， 自動(dòng)校正相機(jī)中心相對于機(jī)載Ｄ-RTK天線相位中心的位置。數(shù)據(jù)采集時(shí)，首先確定測區(qū)范圍的地理概況，然后根據(jù)測區(qū)范圍發(fā)現(xiàn)場情況進(jìn)行航線的規(guī)劃和像控點(diǎn)的布設(shè)，由于測區(qū)范圍的地勢環(huán)境較差，把測區(qū)范圍分為２區(qū)，其中每個(gè)區(qū)規(guī)劃５個(gè)架次，最終規(guī)劃了10個(gè)架次，另外根據(jù)地勢情況布設(shè)了25個(gè)像控點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集方式為五個(gè)不同 （一個(gè)垂直、四個(gè)傾斜）的角度采集影像，航向和旁向的重疊率為６０％，攝影航高為１００ ｍ，根據(jù) 地面分辨率計(jì)算 ＧＳＤ 約為３ｃｍ／ｐｉｘｅｌ如式（１） 所示。該方法野外數(shù)據(jù)采集用時(shí)８ｈ。無人機(jī)數(shù)據(jù)采集主要流程如圖４所示。

式（１）中：ＧＳＤ 為地面分辨率，單位為 ｍ；Ｈ 為攝影航高，單位為 ｍ；ｆ 為鏡頭焦距，單位為 ｍｍ；ａ 為像元尺寸，單位為 ｍｍ。

圖４：無人機(jī)數(shù)據(jù)獲取流程

RTK、三維激光掃描和無人機(jī)數(shù)據(jù)處理使用的是同一臺(tái)筆記本 電腦，型號(hào)為戴爾外星人（Alien-ware）AREA－51Ｍ，處理器為i7-9700K（12MB緩存， 睿頻4.9GHz4），運(yùn)行內(nèi)存為64GB，顯卡為NVID GEForceRTXTM20708GBGDDR6256bit，硬盤為1TPCIE 固態(tài)硬盤，操作系統(tǒng)為win10 64位系統(tǒng)。

RTK 數(shù)據(jù)處理使用的是 CASS9.1軟件，該軟件主要是針對 RTK 和全站儀采集的野外數(shù)據(jù)進(jìn)行地形圖的繪制。由于該地形 圖 是使用兩種儀器進(jìn)行測繪的，因此在繪制地形圖之前需要將野外采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并和格式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成 CASS9.1軟件可以導(dǎo)入的格式（點(diǎn)名，Ｘ，Ｙ，Ｚ轉(zhuǎn)為點(diǎn)名，Ｙ，Ｘ，Ｚ）。然后導(dǎo)入到 CASS9.1軟件中，野外測點(diǎn)點(diǎn)號(hào)，根據(jù)野外繪制的草圖或者野外測點(diǎn)點(diǎn)名進(jìn)行地形圖的繪制，該方法測量精度受地理環(huán)境因素影響較大、效率較低。RTK 的數(shù) 據(jù)處理主要流程如圖５所示。

圖５：RTK數(shù)據(jù)處理流程

3.2 地面三維激光掃描數(shù)據(jù)處理 

三維激光掃描數(shù)據(jù)處理使用的是 Riscanpro1.6.4 和 EPS2016 三維測圖軟件，Riscanpro1.6.4軟件主要是將野外采集的三維激光點(diǎn)云數(shù) 據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)和去噪，EPS2016三維測圖軟件依據(jù) 處理后的三維激光點(diǎn)云模型進(jìn)行三維測圖。首先數(shù)據(jù)處理前需要將三維激光點(diǎn)云進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成可以導(dǎo)入到 Riscanpro1.6.4 軟件的格式再進(jìn)行下一步的處理。另外在三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)之前需要將掃描的49個(gè)測站數(shù)據(jù)依次導(dǎo)入到 Riscanpro1.6.4軟件中進(jìn)行壓 縮，以便于快速的進(jìn)行配準(zhǔn)。配準(zhǔn)是依據(jù)采集的控制點(diǎn)對掃描的數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，使掃描坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成工程坐標(biāo)系，坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換主要是計(jì)算七參數(shù)（平移參數(shù)３個(gè)、旋轉(zhuǎn)參數(shù)３個(gè)和縮放參數(shù)１個(gè)）。然后將配準(zhǔn)完的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪，保留對三維測圖有價(jià)值的三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)。最后將處理后的測區(qū)范圍導(dǎo)入到 EPS2016 三維測圖軟件中進(jìn)行地形圖的繪制，該方法測量精度受地理環(huán)境影響因素較小、效率較高。三維激光掃描儀數(shù)據(jù)處理的主要流程如圖６所示。

圖６：三維激光掃描數(shù)據(jù)處理流程

3.3 無人機(jī)數(shù)據(jù)處理

無人機(jī)數(shù)據(jù)處理使用的是Smart3D4.4.9 和 EPS2016三維測 圖軟件，Smart3D軟件是將采集的無人機(jī)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行測區(qū)正射影像和三維實(shí)景模型的構(gòu)建，EPS2016三維測圖軟件是依據(jù)測區(qū)正射影像和三維實(shí)景模型進(jìn)行三維測圖。

首先在進(jìn)行無人機(jī)影像處理前需要對野外采集的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，剔除曝光過度、模糊和重復(fù)的影像，否則會(huì)導(dǎo)致Smart3D軟件處理過程中失敗。然后將采集的像控點(diǎn)刺在無人機(jī)影像上，進(jìn)行空中三角測量的處理，由于大疆Phantom4RTK 采集的pos數(shù)據(jù)自動(dòng)寫入到影像，因此在進(jìn)行空中三角測量處理時(shí)，不必再導(dǎo)入pos數(shù)據(jù)，刺完像控點(diǎn)后進(jìn)行空中三角測量處理即可。另外根據(jù)工程需要，在Smart3D軟件中設(shè)置好參數(shù)后，軟件會(huì)自動(dòng)的構(gòu)建測區(qū)的正射影像和三維實(shí)景模型。最后在EPS2016三維測圖軟件中根據(jù)二維正射影像和三維實(shí)景模型實(shí)現(xiàn)二三維聯(lián)動(dòng)的進(jìn)行地形圖的繪制，該方法測量精度受地理環(huán)境影響因素較小、效率較高。無人機(jī)數(shù)據(jù)處理的主要流程如圖７所示。

圖７：無人機(jī)數(shù)據(jù)處理流程

通過對表１分析得到：

表１ 地形圖測繪不同方法對比表

數(shù)據(jù)量和所占內(nèi)存

這三種方法進(jìn)行地形圖測繪采集的數(shù)據(jù)量和所占內(nèi)存相差較大。RTK采集的數(shù)據(jù)量和所占內(nèi)存相對于三維激光 掃描采集的數(shù)據(jù)量和所占內(nèi)存少（?。┑目梢院雎圆挥?jì)，但是RTK采集的數(shù)據(jù)都是特征數(shù)據(jù)，而三維激光掃描和無人機(jī)采集的數(shù)據(jù)存在大量的冗余和噪點(diǎn)，必須予以剔除后方可使用，處理過程較為復(fù)雜，并且對存儲(chǔ)設(shè)備內(nèi)存要求較高。

內(nèi)業(yè)和外業(yè)用時(shí)

這三種方法進(jìn)行地形圖測繪內(nèi)外業(yè)用時(shí)相差較大，RTK外業(yè)用時(shí)長，但是內(nèi)業(yè)用時(shí)短。而三維激光掃描和無人機(jī)測繪外業(yè)用時(shí)短，但是內(nèi)業(yè)用時(shí)較長。并且內(nèi)外業(yè)總用時(shí)也較短。再者RTK 測量受地勢和信號(hào)影響較大，而三維激光掃描和無人機(jī)測量相對于 RTK 測量來說受地勢和信號(hào)影響較小。 

自動(dòng)化和設(shè)備成本

這三種方法進(jìn)行地形圖測繪自動(dòng)化程度和設(shè)備的成本相差較大， RTK測量自動(dòng)化程度低，但是設(shè)備成本較低，一般大中小型的測繪單位都有該設(shè)備。三維激光掃描測量自動(dòng)化程度較高，但是相對于無人機(jī)測量來說還是較低，無人機(jī)測量的自動(dòng)化程度在這三種方法中尤其突出。另外三維激光掃描設(shè)備價(jià)格昂貴，一般中小型的測繪單位是負(fù)擔(dān)不起的，無人機(jī)測量設(shè)備價(jià)格和RTK 測量設(shè)備價(jià)格相仿，可根據(jù)工程需要選擇合適的測繪方法。

通過對這幾種大比例尺地形圖測繪方法的 對比分析發(fā)現(xiàn)，有幾個(gè)需要進(jìn)一步研究解決的問題：

1.RTK 測量技術(shù)在數(shù)據(jù)采集時(shí)，針對信號(hào)較差地方的數(shù)據(jù)采集問題較為困難。

2.三維激光掃描測量技術(shù)雖然精度較高，但是在數(shù)據(jù)采集時(shí)存在大量的冗余和噪點(diǎn)，數(shù)據(jù)處理過程中較為麻煩。

3.無人機(jī)測量技術(shù)在數(shù)據(jù)處理時(shí)，建筑物附近的茂盛樹木對構(gòu)建三維實(shí)景模型的影像和空地影像聯(lián)合建模的問題，都需要進(jìn)一步的解決。