林方建

（江門市科禹水利規(guī)劃設計咨詢有限公司，廣東 江門 529000）

1 山區(qū)河道水電工程測繪方法設計

1.1 基于機載激光雷達技術的數據采集

在通過激光掃描技術獲取山區(qū)河道水電工程的激光三維掃描數據時，文中采取自動化獲取數據方式。在具體的執(zhí)行過程中，使用的儀器設備包括Station Scan 2激光三維掃描儀、相機，以及無人機。其中，Station Scan 2激光三維掃描儀的主要作用是獲取山區(qū)河道水電工程模型繪制所需的數據信息；相機的主要作用是獲取山區(qū)河道水電工程表面的紋理信息，增強測繪效果與真實感；無人機的主要作用是為Station Scan 2激光三維掃描儀提供不同數據采集角度，確保采集數據信息的完整性。在具體的執(zhí)行過程中，山區(qū)河道水電工程激光三維掃描數據信息的獲取主要包括三個步驟，分別為控制點布設、測量控制點坐標，以及工程數據信息掃描。首先，對于控制點的布設，文章以保障無人機在各個掃描位置的獲取數據能夠構成完整的被掃描工程實體為目標。考慮到原始掃描結果的數據誤差會增加對后續(xù)工程概況繪制拼接階段的誤差，因此，文中在具體的作業(yè)中減少了掃描位置的選擇數量。在測量控制點坐標計算，對控制網進行布設時，采用的工程坐標系中，以零方向為北方向，利用無人機的飛行狀態(tài)以及所處位置，實現對控制點實際平面坐標信息的測量，對應的高程測量利用了三角高程原理，具體的計算方式可以表示為：

式中：h表示目標工程高程測量結果，H表示無人機的飛行高度信息，v表示無人機的飛行速度，t表示無人機的飛行時間，α表示無人機飛行軌跡與水平面之間的夾角。

按照上述所示的方式，實現對控制點實際三維坐標信息的分析階段，最大限度保障對應數據采集結果的精度能夠滿足實際的工程測繪要求。

最后就是對工程數據信息的掃描，文中以控制點的布設處為基點，在其周圍架設黑白標靶，將標靶作后視點，通過CMO接口連接筆記本和無人機上的掃描儀。在Cyclone操作框中確定標靶與掃描區(qū)域，將其作為機載激光雷達的掃描范圍。設置激光雷達的光束散發(fā)角度為0.03°（水平）×0.28°（豎直），對應的測距精度控制在3 cm以內（100 m）。在掃描結果中，以標靶的實際位置信息為基準，對所有掃描數據進行同比例校準。其可以表示為：

式中：x（i）、y（i）和z（i）表示機載激光雷達采集到的i 目標位置信息，x（o）、y（o）和z（o）表示機載激光雷達采集到的標靶位置信息，x0（o）、y0（o）和z0（o）表示標靶的位置信息，x'（i）、y'（i）和z'（i）表示校準后的i目標機載激光雷達位置信息。

按照上述所示的方式，實現對山區(qū)河道水電工程數據的準確獲取。

1.2 山區(qū)河道水電工程模型繪制

結合上述獲取的山區(qū)河道水電工程數據測量結果，為了保障工程模型繪制結果的精準性，文章首先需要對獲取的數據進行預處理，針對此，文中采用點云濾波的方式去除原始數據的噪聲，之后再利用點云拼接的方式實現對工程模型的構建。需要注意的是，在去除噪聲之前，首先需要對噪聲作出準確判定。文中高斯濾波法對噪聲的過濾方式如圖1所示。

圖1 高斯濾波法示意圖

按照圖1 所示的方式，結合采集數據信息的高斯分布特征，實現對原始數據信息中噪聲數據的過濾處理。

在此基礎上，就可以利用過濾后的數據，采用點云拼接的方式實現對山區(qū)河道水電工程模型繪制，需要注意的是，由于原始的數據結果是以分組的形式存在的（具體的分組標準為無人機在不同位置的采集結果），因此，不同組數據之間可能存在不同程度的重疊。針對該問題，文章對山區(qū)河道水電工程模型拼接的具體實現方式如圖2所示。

圖2 山區(qū)河道水電工程模型拼接方式示意圖

在圖2中，SW1表示拼接結果，按照圖2所示的方式，實現對同名點數據信息的匹配，文中設置了三個公共點作為拼接誤差的檢測基點。當精度達到對應工程的測繪要求時，則保持當前繪制結果；當精度達不到對應工程的測繪要求時，則重新實施拼接，直到達到要求。

按照上述所示的方式，實現對山區(qū)河道水電工程模型的繪制。

2 測試與分析

2.1 測試工程概況

在對山區(qū)河道水電工程繪制方法應用效果進行分析時，以實際的工程案例為基礎開展了對比測試，其中，對照組分別采用以無人機傾斜攝影為基礎的工程繪制方法，以及以無人機LiDAR為基礎的工程繪制方法。在此基礎上，對測試工程的基本情況進行分析，其為山區(qū)河道的電力工程，在施工期間，需要按照實際的環(huán)境情況搭設電力塔桿結構，對應的總數量為166桿，高度為40 m。在此基礎上，分別采用文中設計方法以及另外兩種對比方法對其中6個塔桿的施工效果進行分析，并采用人工校驗的方式對測繪結果進行評價。

2.2 測試結果與分析

在上述測試環(huán)境的基礎上，分別統計了不同方法對于電力塔桿的測繪結果，文章以塔桿定端的位置信息為基準，統計得到的數據信息如表1、表2和表3所示。

表1 塔桿x坐標測試結果對比表 單位：m

表2 塔桿y坐標測試結果對比表 單位：m

表3 塔桿z坐標測試結果對比表 單位：m

結合表1、表2和表3所示的測試結果可以看出，在三種不同測繪方法下，對于測試電力塔桿具體位置信息的測試結果與人工校驗值之間的關系表現出了較為明顯的差異。其中，在無人機傾斜攝影測繪方法的測試結果中，整體并未出現大幅度的誤差，但是整體誤差水平相對較高；在無人機LiDAR測繪方法的測試結果中，整體誤差水平表現出了較為明顯的不穩(wěn)定性，最大誤差達到了2.50 m以上（如5 號測試塔桿的y坐標），最小誤差僅為0.02 m（如2 號測試塔桿的z 坐標）。相比之下，在設計測繪方法的測試結果中，不僅整體并未出現大幅度的誤差，且整體誤差水平相對較低，始終穩(wěn)定在1 m范圍內。

綜合上述，測試結果可以得出結論，設計的以機載激光雷達技術為基礎的山區(qū)河道水電工程測繪方法可以實現對工程具體情況的精準測繪。

3 結語

借助機載激光雷達技術在數據的采集與處理方面的優(yōu)勢，可以最大限度提高山區(qū)河道水電工程施工環(huán)境質點云數據測繪結果的可靠性，以此為基礎的測繪方法也將為相關工程的綜合設計和施工提供良好的指導價值。為此，文章提出機載激光雷達技術在山區(qū)河道水電工程測繪中的應用研究，在提高山區(qū)河道水電工程測繪工作執(zhí)行效率的同時，切實實現了對山區(qū)河道水電工程測繪工作質量的全面提升，對于山區(qū)河道水電工程相關定位工作的開展，以及地質條件勘測工作的有效進行提供了幫助。