無人機影像結合激光掃描在地面停車場測量中的應用

王 研 ，白振軍，范文超

(1.長慶工程設計有限公司，陜西西安 710018；2.陜西天度云激光科技有限公司，陜西西安 710021)

1 引 言

隨著5G技術、大數據、物聯網等高新技術的發展，數字城市建設成為未來發展的必然趨勢。在精確導航的基礎上配合數字化停車場地圖，可實現停車場的智能導航。因此，停車場及其附屬設施的數字化也是今后測量領域的熱點。

停車場數字化的附屬信息多，不僅要求測繪車道線、出入口標志、閘機、轉向箭頭、導流線、減速帶等信息，而且測量要求也更加精細(如車道線寬5 cm)。地理要素測量如此龐雜且高精度，傳統的測量精度一般為3～5 cm，不能滿足測量精度要求，并且信息記錄和表述困難。

地面三維激光掃描技術在采集速度、測量精度、信息多元化等方面都具有強大的優勢，配合其自帶像機可實現地面建筑物點云和影像的全獲取[1]，測量精度可控制在2 cm以內。

因此，地面三維激光掃描是解決上述問題的一個很好的方案。但是當地面建筑物結構復雜、遮擋較多時，掃描和拍照時總存在缺漏的地方，影響后期地面信息的判讀。如果飛行條件容許，結合無人機正射影像，將解決三維激光掃描儀點云和影像獲取不足的問題，直觀且清晰地實現后期的信息解讀和成果制作[2-3]。

2 地面停車場三維激光掃描

2.1 工程要求

測圖要求：詳細表述停車場各單元信息、附屬物及周邊建筑，如圖1-3所示。測圖比例尺為1∶100，平面位置精度≤5 cm，高程精度≤10 cm，成果形式為二維CAD圖紙。

2.2 選擇儀器

本次采用的儀器為徠卡P40，儀器的參數如表1所示。

圖1 道路邊線Fig.1 Theroadsideline圖2 車位線Fig.2 Parkingspaceline圖3 減速帶Fig.3 Speedbumps

表1 徠卡P40參數Tab.1 ParametersofLeicaP40名 稱參 數掃描距離/m270掃描速度/(點/s)1000000點位精度/mm3,506,100距離精度/mm1.2mm+D×10-6視場角/(°)水平360垂直270

2.3 數據獲取及處理

外業掃描時先對場地進行踏勘，依據地形布設控制點，控制點布設時應兼顧無人機像控點布設的要求，掃描作業時將地面控制點同時掃描[4]。圖4、圖5分別為掃描作業和布設控制點照片。

圖4 掃描作業Fig.4 Scanning operation

圖5 布設控制點Fig.5 Layout of control points

掃描完成后，將各站的掃描數據導出。首先，對各站進行數據降噪[5]，如某單站掃描的點云數據中包含控制點，需將控制點信息添加到點云中，以便后期的坐標轉換；其次，依據公共標靶點進行數據拼接，并結合工程需要按照地面控制點信息進行坐標系轉換；最后，將數據導入CAD中進行平面和立體圖制作。圖6為整體作業流程[6]。

圖6 三維掃描作業流程Fig.6 3D scanning process

3 地面停車場無人機作業

3.1 選擇儀器

本次選用大疆PHANTOM 4 RTK無人機進行作業，飛行高度約100 m，地面平均分辨率達到5 cm。相關參數設置如表2所示。

3.2 作業流程及數據處理

無人機地面像控點可選擇三維激光掃描時布設的控制點，在控制點上可覆蓋十字絲光標，飛行完成后通過軟件進行數據處理，進行正射影像的制作。其作業流程如圖7所示。

表2 大疆PHANTOM4RTK參數Tab.2 ParametersofDajiangPHANTOM4RTK有效像素/個懸停精度/m飛行速度/(m/s)2000萬±0.116

圖7 正射影像圖制作流程Fig.7 Production process of orthophoto map

4 點云和正射影像融合

處理后的點云數據和制作完成的停車場正射影像圖分別如圖8和圖9所示。

圖8 停車場點云數據Fig.8 Point cloud data of parking lot

圖9 停車場正射影像Fig.9 Orthophoto of parking lot

將點云和正射影像導入CAD中，按照坐標進行疊加，并依據點云和影像進行制圖。

圖10為融入影像的點云，圖11為制作的停車場CAD成果。

圖10 點云及正射影像Fig.10 Point clouds and orthophoto maps

圖11 停車場CAD圖Fig.11 CAD drawing of parking lot

5 精度統計

為了檢驗成果精度，現場使用徠卡全站儀TS09進行測量，儀器測角精度1″、測距精度2 mm+2D×10-6架設于控制點上隨機對幾處線狀地物進行測量，并與CAD圖紙坐標進行對比。表3為坐標精度對比。

表3 精度對比Tab.3 Precisioncomparison序號ΔX/cmΔY/cmΔZ/cmΔS/cm11.70.50.61.8721.01.31.42.1630.71.11.72.1440.71.71.62.4451.11.01.92.4161.31.01.52.2270.81.22.03.2482.11.00.72.4390.91.51.72.44101.00.82.22.55中誤差mx=1.21my=1.16mz=1.74m=2.41

6 結束語

通過點云疊加正射影像采集的停車場車位線和導向標識，經過GNSS-RTK抽樣檢測，中誤差為2.41 cm，滿足工程精度要求。本文得出的結論如下：

1)諸如停車場、機場等建筑數字化采集時，地面標志、導向箭頭等要素采用全站儀測量時，數據采集量太大且不易描述記錄；采用GNSS-RTK方式時采集點精度不易控制且易受到建筑物、樹木等遮擋，衛星數量少，解算慢，影響作業效率。通過實踐，采用手持激光掃描儀無需后期數據拼接，其成果精度經過測試，滿足工程要求，今后可作為此類項目作業的優先技術手段。

2)城鎮區域地面停車場數字化測量時適合采用地面三維激光掃描的方式進行數據采集和成果制作，作業時應盡量選用自帶拍照功能的掃描儀，這樣采集的點云附著影像，有利于后期物體的識別和繪制。

3)城鎮周邊有條件進行無人機拍攝時，可采用無人機進行正射影像的制作，無人機生成的正射影像具有整體性強、直觀且清晰的特點，彌補了三維激光掃描儀采集像片中的不足，有利于作業人員進行后期影像的判別和繪制。