导航与高精地图制作 课件 任务5-2矿区地图制作

导航与高精地图制作矿区地图制作主讲教师：Navigationandhigh-precisionmapproductionNavigationandhigh-precisionmapproduction导航与高精地图制作由于矿山地形复杂，采用全站仪和GPS等传统测量手段进行高精度测绘工作往往费时费力。此外，矿区边缘往往比较难以实地测量，在对矿体边缘进行精确测量时，偶有落石、落矿等情况发生，每一次的测量都面临极大的挑战。随着数字矿山概念的提出，矿山管理对空间三维信息的需求也变得十分迫切，三维可视化的管理模式已经成为数字矿山的重要内容之一。近年来快速发展的三维激光扫描技术为解决复杂的矿山地形测量和数字矿山建设提供了新的技术手段。激光雷达技术具有高分辨率、高采样率以及非接触测量的优势，用于获取矿山的复杂表面和高危区域的空间三维信息是十分合适的。本任务的目的是为自动驾驶矿车制作一张矿区的高精地图。要求通过使用大疆禅思L1，完成对模拟矿区的高精地图数据采集。矿区空间三维信息无人机机载激光雷达Navigationandhigh-precisionmapproduction导航与高精地图制作123了解大疆禅思L1

大疆禅思L1的操作流程矿区的数据采集和处理Navigationandhigh-precisionmapproduction导航与高精地图制作大疆禅思L1是一款无人机负载云台相机，集Livox激光雷达模块、2000万像素测绘相机、高精度惯导和三轴云台于一身，最远测距可达450米，融合激光和可见光数据，实时生成具有真实色彩的高密度点云，后处理点云精度可达厘米级。L1可实时呈现三维点云，为矿区作业区域高精度地图的实时性要求提供了重要的支撑。大疆禅思L1搭载在大疆经纬M300RTK飞行平台上，可实现全天候、高效率实时三维数据获取以及复杂场景下的高精度后处理重建。了解大疆禅思L1禅思L1（上）和经纬M300RTK（下）Navigationandhigh-precisionmapproduction导航与高精地图制作大疆禅思L1的操作流程

大疆禅思L1的基本操作流程一般内容如下：

（1）检查点布设

在地形测绘作业中，一般可使用全站仪、RTK设备测量若干检查点来检核精度。大疆禅思L1的成果是las格式三维点云，与使用可见光获取的三维模型不同，点云没有结构信息，因此在检查点布设时与可见光会有所差别。Navigationandhigh-precisionmapproduction导航与高精地图制作大疆禅思L1的操作流程

（2）开机预热

为保证数据采集的精度，大疆禅思L1在起飞前需要开机静置预热惯导，预热时间大概3-5分钟（实际预热时间与当前传感器温度和环境温度等因素有关），待听到预热完成的提示音后再开始任务。Navigationandhigh-precisionmapproduction导航与高精地图制作大疆禅思L1的操作流程

（3）规划航线

新建“建图航拍”任务，可导入一个面状类型的KML或手动在地图上进行规划。地形测绘推荐参数设置如下：

相机类型：选择“禅思L1”后，选择“雷达建模”；

点云密度：每平方米多少个点，与飞行高度、重叠度、飞行速度、扫描方式、云台朝向等参数有关。点云密度应是数据成果的一个核心指标，应根据点云密度来进行飞行速度和其他参数的设置。Navigationandhigh-precisionmapproduction导航与高精地图制作大疆禅思L1的操作流程

（4）开始数据采集

在开启“惯导标定”功能后，M300RTK会自动在航线中黄色航线位置进行3次来回加减速飞行，此动作为校正大疆禅思L1的惯导系统，校正过程中不会采集数据。飞行过程中，可通过点云/分屏/三维浏览等形式查看采集的数据成果，成果显示也可以切换。如遇断点续飞，则在断点处会自动进行来回3次加减速校正。Navigationandhigh-precisionmapproduction导航与高精地图制作大疆禅思L1的操作流程

（5）数据存储

采集的数据会存储在microSD卡的DCIM文件夹，以任务名命名，检查文件是否完整。文件夹中应包括后缀名为CLC（雷达相机标定数据）、CLI（雷达IMU标定数据）、CMI（视觉标定数据）、IMU（惯导数据）、LDR（激光雷达点云原始数据）、MNF（视觉数据，此文件目前没有也不影响）、RTB（RTK基站数据）、RTK（RTK主天线数据）、RTS（RTK副天线数据）、RTL（杆臂数据），以及JPG（照片数据）。

如缺少.RTB文件，则是因为飞行过程中没有连接RTK或RTK断联导致的，数据将不能处理，此时通过连接网络RTK/架设RTK基站，可自架基站。Navigationandhigh-precisionmapproduction导航与高精地图制作矿区的数据采集和处理

在进行机载激光雷达矿区外业作业时，需要制订详细的作业计划，包括布置外业控制点、计划航线、计算行高、旁向重叠度等，另外还要进行各种参数的检校等。完成外业任务后，得到的数据主要有：GPS数据、IMU数据、时间数据、激光距离量测值、各波段的记录值。需要将这些数据进行联合处理以得到激光脚点的三维坐标值以及对应的波段数值。然后还需要进行数据的预处理，得到规则网格数据，进行去噪处理，去除和抑制噪声，进行数据滤波处理，将地面点与非地面点分开，得到DEM。最后对非地面点进行分类处理，得到想要的地物数据，以达到相应的处理目标。Navigationandhigh-precisionmapproduction导航与高精地图制作矿区的数据采集和处理

机载激光雷达数据采集处理的一般内容如下：

（1）确定飞行航迹

首先通过地面GPS的基准站和机载GPS测量数据的联合差分结算，可以精确确定航摄过程中飞机的飞行轨迹。

（2）激光脚点三维空间坐标的计算

利用相应软件，对飞机GPS轨迹数据、飞机姿态数据、激光测距数据及激光扫瞄镜的摆动角度数据进行联合处理，最后得到各测点的（X，Y，Z）坐标数据，称为“激光点云”数据。Navigationandhigh-precisionmapproduction导航与高精地图制作矿区的数据采集和处理

（3）激光数据的噪声和异常值剔除

由于水体对激光的吸收、镜面反射以及其他原因，使有些地面点无明显的回波信号，从而得不到测距值。此外，由于电路、飞鸟、局部地形等原因，也会使数据中产生异常距离值，称为局外点（测距值远大于飞行高度的点或测距值特别小的点）。在数据处理时，必须进行预处理将这些局外点剔除。

（4）滤波

在LiDAR数据生成数字高程模型（DEM）时，借用了数字信号处理的概念，将DSM数据看作原始数据，将地面点集合（DEM）看作信号，其他的地物信息看作噪声，把从DSM数据中除去非地面点数据而得到地面点数据的过程称为滤波。Navigationandhigh-precisionmapproduction导航与高精地图制作矿区的数据采集和处理

（5）航带拼接

同传统的航空摄影测量一样，LiDAR数据采集作业时，由于航高和扫描视场角的限制，要完成一定的作业面积必须飞行多条航线，而且这些航线还必须保持一定的重叠（10%-20%）。由于各种误差的存在和影响，使得相邻航带间的数据存在系统误差和随机误差，造成高程不一致，必须加以消除。通过相邻航带间的拼接检查，还能够评估LiDAR系统的系统误差，得到改正参数，从而消除航带间的系统误差。Navigationandhigh-precisionmapproduction导航与高精地图制作矿区的数据采集和处理

（6）激光点云分类数据分类处理完毕后，一些不必要的数据被剔除，数据量将减小，数据文件也将减小。根据具体要求，分类后的数据将以ASCII或二进制的形式输出。

（7）坐标转换利用POS设备动态定位所提供的坐标和高程属于GPS所用的WGS-84坐标系统，而用户需要的是属于某一国家坐标系统或当地的坐标系统，因此必须进行坐标转换。Navigationandhigh-precisionmapproduction导航与高精地图制作任务实施：模拟矿区高精地图的制作

在校园内或学校周边寻找一块区域作为模拟矿区，需要利用大疆M300RTK无人机搭配激光雷达禅思L1，完成对模拟矿区的高精地图数据采集。请以5人/组为单位，先通过仿真软件了解大疆禅思L1的操作流程并完成仿真测评，测评合格后，按照大疆禅思L1数据采集流程，分工合作，相互配合，完成模拟矿区高