测量新技术学习报告.doc

测量新技术学习报告一、前言测绘是门古老的科学，在中国源远流长，自有文字记载就有了关于测绘的记述。史记.夏本纪上说，公元前两千二百多年，夏禹治水“左准绳，右规矩，载四时，以开九州，通九道”。 山海经也说，夏禹派大章和竖亥两位徒弟步量世界大小（大范围测绘）。这说明四千多年前，我们的祖先为发展农业，在与洪水的斗争中，就已经开展过规模较大的测绘工作。上面提及的“准”是测高低的，“绳”是量距的，“规”画圆，“矩”则是画方形和三角形的；还有个“步”，是计量单位，折三百步为一里。禹治水成功，促进了农业发展，使夏朝进入盛世，各部族和九州首领向大禹进贡图画、金属等物品，禹命工匠铸成九鼎，并刻上图，图上有九州的山川、草木、道路以及禽兽的分布情况，这就是古代的原始地图，供人们外出交往沟通、狩猎时参考。晋书中有段记载，在夏、商、周三代，已设置了“地官司徒”官职，专司管理全国地图。可见，远在三千五百多年前，我国就已经测绘了相当数量的地图，以至需专人管理。从先秦到民国，不少朝代有过专管测绘的官职和机构设置。测绘技术科学的基础和实力的真正形成，只有在新中国成立以后，才成为现实。随着全国科技事业的蓬勃发展，测绘事业迅速进步，取得了巨大成就。我们建立了一支强大的、有战斗力的、高素质的科学技术专业队伍。他们为祖国的经济建设和国防建设，为科学事业的繁荣做出了重要贡献，堪与中华民族古代文明相映同辉。在国外，最早的测量技术产生于公元前四千多年的古埃及，在尼罗河泛滥后农田边界的整理过程中产生。古埃及人通过天文观测，确定一年为365天，这是古埃及在古王国时期（公元前3000年）通用的历法，他们通过观测北极星，来确定方向，古老的埃及金字塔，每一座都有标准的几何尺寸，说明那时，人们对长度和角度都有比较精确的测量手段。17世纪初望远镜的发明和应用对测量技术的发展起了很大的促进作用。1683年法国进行了弧度测量，证明地球是两极略扁的椭球体。1730年英国机械师西森首先研制出了具有测角功能的经纬仪，后经改进成型，正式用于英国大地测量中。1794年德国高斯提出最小二乘法理论，以后又提出横椭圆柱正形投影学说，对测量理论做出了宝贵的贡献。1903年飞机的发明，促进了航空摄影测量技术的发展，大大减轻了野外测绘的劳动强度。1904年，德国开始生产玻璃度盘经纬仪，随着电子技术的发展，60年代出现了电子经纬仪，在此基础上，70年代初期由瑞典捷创力公司推出制成了世界上第一台全站仪。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。GPS的出现，广泛应用于船舶远洋导航和进港引水；飞机航路引导和进场降落；汽车自主导航；地面车辆跟踪和城市智能交通管理；紧急救生；个人旅游及野外探险；个人通讯终端（与手机,PDA,电子地图等集成一体），方便了人们的日常生活。随着科学技术的发展，各种先进的测量仪器层出不穷。三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一项高新技术，是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新突破。它通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。可以快速、大量的采集空间点位信息，为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。无人机航测遥感作为一种新型的低空遥感监测技术，作为高空卫星遥感数据、中低空普通航空遥感的有效补充，具有响应速度快、精细度高、使用成本低、操作培训简便的技术特点，在多云多雾、影像获取困难、人力难以到达等地区应用，具有明显的可操作性优势。二、三维激光扫描仪简介三维激光扫描仪是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。由于三维激光扫描系统可以密集地大量获取目标对象的数据点，因此相对于传统的单点测量，三维激光扫描技术也被称为从单点测量进化到面测量的革命性技术突破。该技术在文物古迹保护、建筑、规划、土木工程、工厂改造、室内设计、建筑监测、交通事故处理、法律证据收集、灾害评估、船舶设计、数字城市、军事分析等领域也有了很多的尝试、应用和探索。三维激光扫描系统包含数据采集的硬件部分和数据处理的软件部分。按照载体的不同，三维激光扫描系统又可分为机载、车载、地面和手持型几类。1、三维激光扫描仪作业流程整个系统由地面三维激光扫描仪、数码相机、后处理软件、电源以及附属设备构成，它采用非接触式高速激光测量方式，获取地形或者复杂物体的几何图形数据和影像数据。最终由后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理转换成绝对坐标系中的空间位置坐标或模型，以多种不同的格式输出，满足空间信息数据库的数据源和不同应用的需要。简单来讲就是：（1）数据获取，.设定扫描的范围， .确定采样密度及扫描距离，.数据采集；（2）数据处理： 数据预处理 数据拼接匹配；（3）建模： 算法选择， 模型建立和纹理镶嵌，数据的输出与评价。2、三维激光扫描仪应用领域作为新的高科技产品，三维激光扫描仪已经成功的在文物保护、城市建筑测量、地形测绘、采矿业、变形监测、工厂、大型结构、管道设计、飞机船舶制造、公路铁路建设、隧道工程、桥梁改建等领域里应用。三维激光扫描仪，其扫描结果直接显示为点云（pointcloud 意思为无数的点以测量的规则在计算机里呈现物体的结果），利用三维激光扫描技术获取的空间点云数据,可快速建立结构复杂、不规则的场景的三维可视化模型,既省时又省力,这种能力是现行的三维建模软件所不可比拟的 。最近几年，三维激光扫描技术不断发展并日渐成熟，三维扫描设备也逐渐商业化，三维激光扫描仪的巨大优势就在于可以快速扫描被测物体，不需反射棱镜即可直接获得高精度的扫描点云数据。这样一来可以高效地对真实世界进行三维建模和虚拟重现。因此，其已经成为当前研究的热点之一，并在文物数字化保护、土木工程、工业测量、自然灾害调查、数字城市地形可视化、城乡规划等领域有广泛的应用。3、三维激光扫描仪发展方向近些年来，三维激光扫描仪已经从固定朝移动方向发展，最具代表性的就是车载三维激光扫描仪和机载三维激光雷达。车载三维激光扫描仪的系统传感器部分集成在一个可稳固连接在普通车顶行李架或定制部件的过渡板上。支架可以分别调整激光传感器头、数码相机、IMU与 GPS天线的姿态或位置。高强度的结构足以保证传感器头与导航设备间的相对姿态和位置关系稳定不变。机载激光三维雷达系统（Light Detection And Ranging，简称LiDAR）是一种集激光扫描仪（Scanner）、全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)以及高分辨率数码相机等技术于一身的光机电一体化集成系统，用于获得激光点云数据并生成精确的数字高程模型（DEM）、DSM（数字表面模型），同时获取物体DOM（数字正射影像）信息，通过对激光点云数据的处理，DSM、DOM可得到真实的三维场景图。4、国内外产品及指标国内产品及指标：HS450高精度三维激光扫描仪是中海达完全自主研发的脉冲式、全波形、高精度、高频率三维激光扫描仪，配套中海达自主研发的全业务流程三维激光点云处理系列软件，具备测量精度高、点云处理效率高、成果应用多样化等特点，广泛应用于数字文化遗产、数字城市、地形测绘、形变监测、数字工厂、隧道工程、建筑BIM等领域。中海达HS450测距方式脉冲式，激光波长：1545 nm激光等级1激光发散性0.35mrad测程450m1最小测程0.5m测距精度1cm100m分辨率1cm全景相机大于1亿像素2数据获取速度最高30万点/秒3视场角垂直100(-40+60)水平360角度分辨率垂直0.002水平0.002扫描速度水平最快36/秒垂直最大150线/秒双轴补偿器范围5分辨率0.001数据存储240GB固态硬盘数据传输以太网/ USB 2.0操控面板全彩色触摸屏通讯接口以太网/ WLAN/2 x USB，连接外部相机和其他传感器例如：GPS、里程计等电池时间4h（可接外置电池）操作温度050储存温度-2070光照条件强烈日光下或黑暗中均可操作湿度非冷凝防护等级IP 64尺寸200mm200mm356mm重量12.8kg国外产品及指标徕卡C5三维激光扫描仪主要技术参数技术参数Scanstation C5仪器精度点位6mm距离4mm角度12模型表面精度2mm标靶获取精度2mm激光扫描系统类型-颜色及波长绿色/532nm激光类型3R扫描距离35米扫描速率多达25000 点/秒, 最大即时扫描速率扫描视场角水平方向最大360，垂直最大270激光光斑大小4.5mm/050m;最小扫描密度1mm数据存储容量80G通讯方式动态IP地址，以太网机载界面显示完全彩色触摸屏图形化显示界面，QVGA （320 X 240像素)数据传输以太网或USB2.0激光对中器2级,精度为1.5mm/1.5m,光斑大小2.5mm/1.5m且可开/关激光对中器2级,精度为1.5mm/1.5m,光斑大小2.5mm/1.5m且可开/关电源外接电源15V直流电或90260V交流电功耗50W电池类型内电池/外电池均为锂电池电源接口可同时使用两块内电池和一块外电池，支持热交换供电时间内电池（两块）3.5h,外电池6h环境指标工作温度0 C +40 C存储温度-20 C +65 C照明白天和晚上均可工作湿度非冷凝防尘/水IP54物理性能扫描仪尺寸/重量238mm长 x 358 mm宽 x 395 mm高/13kg内电池尺寸/重量40mm长 x 72 mm宽 x 77 mm高/0.4kg外电池尺寸/重量95mm长 x 248 mm宽 x 60 mm高/1.9kg物理性能交流电供电单元尺寸/重量85mm长 x 170 mm宽 x 41 mm高/0.9kg扫描速率可升级到50000点/秒扫描范围可升级到300米双轴补偿器可以激活内置双轴补偿功能内置数码相机可以激活内置高像素相机拍照功能天宝Trimble TX8性能参数扫描原理：水平旋转基座上的竖直旋转镜扫描测距原理：由天宝“闪电(Lightning)”技术提供的超高速脉冲激光测量速率：1MHz最大测程：120 m（对于大多数表面），340 m（最远）测距噪声： 2毫米（对于大多数表面）测距系统：激光等级：1类，对人眼安全（依据国际电工委员会激光等级测试标准EN60825-1）激光波长：1.5m，不可见激光束直径： 6毫米（距离10 m处）10毫米（距离30 m处）34毫米（距离100 m处）最小测程：0.6 m最大标准测程：120 m（对于反射率在1890%间目标） 100 m（对于反射率在5%左右的超低反射率物体）扩展选项测程：340 m测距噪声：2毫米（2 m100 m范围内反射率1890%的物体）测距系统误差：2小时光线条件：整个测程范围内所有室内、室外光线条件（无光线条件限制）防尘防水等级：IP54电池尺寸：89.2毫米（宽）x20.1毫米（高）x149.1毫米（深）电池重量：0.46公斤扫描仪重量： 11.0公斤（包括三角基座、电池和USB闪存）窗体顶端窗体底端三、无人机航空摄影测量简介无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。无人机航测是传统航空摄影测量手段的有力补充，随着无人机与数码相机技术的发展，基于无人机平台的数字航摄技术已显示出其独特的优势，无人机与航空摄影测量相结合使得“无人机数字低空遥感”成为航空遥感领域的一个崭新发展方向，下面以拓普康天狼星SIRIUS PRO无人机航测遥感系统为例。对无人机进行简单介绍。1、关于美国TPS公司美国拓普康定位系统公司（简称：TPS），位于毗邻加州硅谷的利弗莫尔市,是拓普康集团在卫星导航定位领域的全球产业基地。2014年，TPS联合德国玛芬奇，结合玛芬奇在无人机飞行平台专业的研发团队，在全球无人机飞控系统设计方面多年的领先技术优势，率先推出了全球第一台内置RTK实时测量的无人机航空摄影平台，颠覆了传统航测大量布设地面控制点的作业流程，在无人机航空摄影测量领域，引起广泛关注，得到高度好评。2、系统组成该系统高度集成，一体化程度高度融合，主要由系统硬件设备、影像处理系统、信息分析系统、业务运行保障系统等组成。1、系统硬件设备：无人机飞行平台、飞行控制系统、地面监控系统、发射与回收系统；遥感任务设备、任务设备稳定装置、影像位置和姿态采集系统等。2、影像处理系统：影像数据快速检查、纠正、拼接；DOM、DEM、DLG生产等。3、信息分析系统：信息提取、信息分析、报告自动生成、数据管理与检索等。业务运行保障系统：野外装备、技术标准、技术规范、与各领域业务运行相结合的软件开发和技术流程制定。3、应用领域天狼星SIRIUS PRO依靠在飞行稳定的自动驾驶、简单的野外操控、以及与RTK技术的高度融合，自2014年11月进入中国市场，快速的得到了市场的认可。目前,无人机已广泛应用于国土资源调查与监测、地质灾害、应急测绘保障、地形图测绘、规划设计、数字城市建设、国家重大工程建设、灾害应急与处理、资源开发、新农村和小城镇建设等方面，具有广阔前景等领域得到广泛应用。4、无人机作业优点和缺陷优点：A、隐蔽性好，机动性强；B、造价低廉，事故率低；C、起降简单，操作灵活；D、运输方便，搭载传感器灵活；E、监控区域受限制小，工作组效率高；F、影像获取快捷方便；G、满足大比例尺成图要求；H、 影像获取周期短，时效性强几个方面。缺陷：A、姿态稳定性差；B、排列不整齐；C、旋偏角大；D、影像畸变大；E、像幅小影像数量多；F、基高比小模型数目多；G、模型切换频繁等。六、个人总结面临21世纪，世界测绘科学技术正在阔步前进，日新月异。测绘学研究和工作范围已从地球扩展到太阳系空间；大地测量已由陆地扩展到海洋，从静态到动态，从单学科发展成多学科综合研究；测图技术已从航空遥感进到航天遥感，建立长基线高精度测量体系；制图技术正在全面向数字化、自动化和智能化方向转变，等等。随着摄影测量技术在城市和工程测绘领域中的应用，推动了高质量、高精度的摄影测量仪器的研制和生产，结合计算机技术中的应用，使得摄影测量能够提供完全的、实时的三维空间信息。不仅不需要接触物体，而且减少了外业工作量，具有测量高效、高精度，成果品种繁多等特点。在城市和工程大比例尺地形测绘、地籍测绘、公路、铁路以及长距离通讯和电力选线、描述被测物体状态、建筑物变形监测、文物保护和医学上异物定位中都起到了一般测量难以企及的作用，具有广泛的应用前景。 总之，随着科学技术的不断发展，测量技术和设备也将日新月异，三维激光扫描仪和无人飞机在测量领域的应用，将掀起测量界的又一轮技术革命，未来的测量工作，将会向智能化、简单化方向发展，同时可以解决更多的复杂问题，人们的工作也会更加轻松、快乐。 七、参考文献：（1）喻沧，刘自健.中国测绘史(第1-2卷).测绘出版社出版。（2）喻沧，刘自健；中国测绘史(第3卷).测绘出版社出版。（3）张正禄. 工程测量学M. 武汉：武汉大学出版社，2002（4）张正禄等. 工程的变形分析与预报M. 北京：测绘出版社，2007（5）易庆林. GPS在工程测量中的应用M. 北京：测绘出版社，2007(6)谭辉. 土木工程测量M. 上海：同济大学出版社，2004(7)卓健成. 工程控制测量建网理论M. 成都：西南交通大学出版社，1996