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比较全站仪与无人机的工作流程与点云数据输出

时间:2019-04-16 20:37来源:www.senvon.com 作者:科讯 点击:
为了比较当今世界最先进的两种测量仪器,我们分别用Trimble SX10 扫描全站仪和senseFly eBeePlus RTK/PPK 摄影测量无人

比较全站仪与无人机的工作流程与点云数据输出

推荐 2019-04-15 17:05:54

为了比较当今世界最先进的两种测量仪器,我们分别用Trimble SX10 扫描全站仪和senseFly eBeePlus RTK/PPK 摄影测量无人机对一个四公顷的砾石坑进行了测量。

砾石坑是一种典型的测量场地,对这种场地来说,数字点云是最为重要的输出数据,可用于容积计算、坡度测量、坡脚和坡顶检测、等高线的生成等。本项目所选择的砾石坑底部较深(约40米),此外它还具有水平、垂直和外悬的剖面,因此被我们选中。

本项目共计生成五组独立的点云数据:四组无人机点云数据(来自两次无人机飞行,每次飞行离地面高度各不相同)和由五个站点合并而成的一组激光扫描仪点云数据。

对于仅在 RTK/PPK 功能支持下进行飞行是否可以获得与使用地面控制点 (GCP) 的飞行一样的绝对精度,事实证明是有可能实现的。对于使用 GCP 的点云而言,各次飞行的平均偏移量要比搭载 RTK 但未使用 GCP 的飞行少几厘米。四次无人机数据处理所得的标准偏差均相同。这意味着在整个项目期间,所有处理方法都给出了恒定的精度。为确保输出数据的可靠性,尤其是垂直方向上,我们仍然强烈建议使用至少一个 GCP。

1. 引言

为了比较当今世界最先进的两种测量仪器,我们分别用 Trimble SX10 扫描全站仪和 senseFly eBee Plus RTK/PPK 摄影测量无人机对一个四公顷的砾石坑进行了测量。

我们从下述几方面对公司拥有的这两种仪器进行了比较:

· 办公室准备时间

· 现场数据采集时间

· 数据处理时间

· 两种仪器所生成的点云质量

此外,我们安排 senseFly 无人机在两个不同的高度飞行来生成四组不同的无人机点云,我们的次要目标是对这些点云进行比较研究,找出无人机进行此类测绘工作的最佳工作流程。

最后,作为本次比较研究的一部分,我们还探讨了:

· 每种仪器生成的视觉输出是什么(如有)?

· 使用每种仪器分别会给操作员带来哪些现场风险?

· 两种仪器的相对成本

当然,对于这几种技术中是否有一种最适合所有的测量员这一问题来说,通过单个独立项目对这几种采集方法直接进行比较并不能给出确切的答案。因此,具体选择取决于:特定专业测量人员的需求;待测项目;还要考虑到技术本身的不断发展。但是,这样的比较有望突出这些产品及其点云输出数据的相对优势和劣势。本项目正是基于这一总体目标而实施。

2. 方法

2.1 测量场地与技术

本项目场地位于瑞士西北部 Olten 地区,是一片占地四公顷的砾石坑(图 1)。之所以选择砾石坑,是因为砾石坑是一种典型的测量场地,对这种场地来说,数字点云是最为重要的输出数据,可用于容积计算、坡度测量、坡脚和坡顶检测、等高线的生成等。该砾石坑底部较深(约 40米),此外它还具有水平、垂直和外悬的剖面,因此被我们选中。

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图 1:项目场地,位于瑞士 Olten 附近 Lostorf 的一片占地四公顷的砾石坑

Trimble’s SX10 机器扫描全站仪(图 2)使用的是激光扫描技术,而 senseFly’s eBee Plus 无人机(或 UAV/UAS)使用的是无人机测量技术。这种无人机内置 RTK/PPK 功能(图 2),并且搭载 senseFly S.O.D.A RGB 相机。

比较全站仪与无人机的工作流程与点云数据输出

图 2:senseFly eBee Plus 无人机(左)、 Trimble’s SX10 手动控制器(中)和带有手提箱的 SX 10 扫描全站仪(右)。

2.2 点云概述

本项目共计生成了五组独立的点云:四组无人机点云(来自两次无人机飞行,每次飞行离地面高度各不相同)和由五个站点合并而成的一组激光扫描仪点云。

我们从下述几方面对这些点云进行了比较:

· 现场数据采集流程(花费时间和相对复杂度)

· 办公室数据处理时间

· 定位精度、密度和质量

2.3 研究区域和控制点的设置

本项目的测量工作由 Lerch Weber AG 公司的四名员工负责,并由一名 senseFly 工程师提供现场支持。

为了校正激光扫描仪并评估无人机飞行的准确性,本项目共在整个场地上设置了九个地面控制点 (GCP),有效发挥了检查点的作用。这些 GCP 利用 Trimble R10 GNSS 接收机进行测量,均匀地分布在整个研究区域内(图 3)。GCP 用 50 厘米宽的方形黄色塑料板在地面上进行了标记。选择这些 GCP 的原因是其具有高能见度,保证了其后可被正确识别并标记在无人机的数字图像中。

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图 3:本项目的地面控制点之一(左)和可能的扫描站点草图(右)。

(责任编辑:beginning)
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