2024年4月25日发(作者：袭依波)

激光扫描与无人机空地一体融合测量应

用

摘要：激光扫描与无人机空地一体融合测量应用是近年来在测绘领域引起广

泛关注的技术。随着无人机技术的快速发展和激光扫描技术的成熟，这种融合测

量方法为地理信息获取和三维建模提供了全新的解决方案。本文旨在探讨激光扫

描与无人机空地一体融合测量应用的现状和前景。

关键词：激光扫描；无人机；融合测量

引言

3D激光扫描和无人机是地形测绘中常用的两种技术手段,它们在实际测绘中

有更广泛的应用。其中,用于地形测绘应用的3D激光扫描技术不仅可以实现对测

量区域的快速而广泛的扫描,工作方式灵活、快速、高效,而且还可以通过非接触

式测量来扫描陡峭的危险区域,最终获得高精度的测量结果。值得一提的是,3D激

光扫描技术在较厚植被区域的地形测绘分析中精度较低,测量覆盖范围不足。无

人机航空技术对地形测量和分析具有较高的效率,其数据处理在工业上更为方便,

对于地形条件较差的地区,不仅可以有效地补充泄漏扫描范围,还可以验证扫描数

据的准确性,确保地形测绘的完整性和测量结果的准确性。因此,将3D激光扫描

技术与无人机相结合,充分发挥其在3D地形测绘中的技术优势,促进地形测绘质

量和效率的提高,具有非常积极的作用和意义。本文在分析3D激光扫描和无人机

的技术原理以及数据采集和处理方法的基础上,探讨了基于3D激光扫描和无人机

的3D地形测绘的应用。

1三维激光扫描技术简介

3D激光扫描技术是20世纪90年代发展起来的一种快速获取三维空间信息的

新技术,也被称为现实复制技术,是继GPS技术之后制图领域的又一次技术革命。

3D扫描是光学、机械、电气和计算机技术相结合的新技术,主要用于扫描物体的

空间形状、结构和颜色,以获得物体表面的空间坐标。它的意义在于它可以将物

理对象的立体信息转化为数字信号,可以由计算机直接处理,为物理对象的数字化

提供了一种相当方便快捷的方法。与传统的单点测量方法相比,它具有非接触性,

自动化程度高,精度高,可以快速准确地进行目标区域的地形测量,并获得高图像

分辨率的数字高程模型(DEM)。目前主要用于三维建模、变形监测、地形测绘、

虚拟现实等。3D激光扫描仪在物体表面即时接收三维空间数据,称为点云数据,如

图1所示。根据操作平台的不同,扫描仪可分为空气扫描仪、地面扫描仪和便携

式扫描仪。3D地板激光扫描仪主要由激光扫描仪、数码相机、定位系统、软件管

理平台、内部校正系统和电源等配件组成。如图2所示,三维激光扫描仪通常使

用仪器的内部坐标系,XOY平面是水平平面,Y轴是扫描方向,Z轴是垂直方向,扫描

仪发送激光脉冲信号散射到物体表面,接收器接收激光脉冲信号沿同一路径返回,

同时测量水平扫描角度和每个激光脉冲的垂直方向角0。根据发送和接收之间的

时间差的原理,计算测量点和扫描仪之间的距离S。通过公式,可以确定坐标系中

对象的空间三维坐标。

图１三维激光扫描点云数据

图２三维激光扫描仪内部坐标系统

2工作原理

ＴｒｉｍｂｌｅＳＸ１０是集全站仪测量、影像和高速三维激光扫描于一体

的三维激光扫描仪，能够如全站仪一般采集所有测点的坐标及属性；其闪电３Ｄ

Ｍ是高精度全站仪测量和高速扫描能力的技术保障，扫描速度高达２６６００点

／ｓ，测程可达６００ｍ，具有同行业最小的点尺寸，即１００ｍ处仅１４ｍｍ；

可以采用控制器快速且容易地获取高分辨率工地影像，对目标影像直接测量且从

采集的影像中创建多种类型的数字化测量成果；使用ＴＩＬ技术在黑暗环境下快

速定位目标。首先利用ＴｒｉｍｂｌｅＳＸ１０采集点云数据，然后自动配准至

测量工作流程中，无论是从所设测站获取全穹顶扫描，还是仅扫描感兴趣的区域，

采集的信息都将进入统一的测量坐标系统中。近年来，无人机测绘飞速发展，因

其效率高、成果表现形式丰富，便于同其他地理信息数据融合，不断深化应用于

多个行业。无人机测绘的难点在于建筑密集处的底层或林下测绘。若能将激光三

维扫描同无人机成果相融合进行测绘，发挥两者的长处，弥补两者的短板，可在

一定程度上解决工程的实际问题。

3基于三维激光扫描与无人机航测的三维地形测绘技术融合研究

根据上述三维激光扫描和无人机空中数据的分析处理原则,以测绘某城市

1:500现状地形图为例,测量地形有山体、河流、房屋、和植被覆盖密集的测量范

围。在地形图生产中,采用了基于3D激光扫描和无人航空摄影相结合的作业方法,

通过以下工作流程采集了测量区域的点云数据,通过数据处理和分析,在制图和应

用方面取得了较好的效果。1)采用3D激光扫描技术对地形进行扫描,使3D激光

扫描仪无法扫描一些茂密的植被区域,避免了3D激光扫描仪测量结果的精度不足,

利用无人机填空照片,同时获得的无人机数据作为3D激光扫描云植被验证数据,

通过两种测量技术的相互补充,实现对地形点云数据的完整准确采集。2)使用

RiscanPro软件进行3D激光扫描,以记录和处理点云数据连接以及植被过滤,然后

创建DEM模型并绘制相应的高度线;从点云中采集无人机数据,然后使用

QuickTerrain软件根据点云的测量数据进行处理,将相同高度的1m绘制线性地图,

然后将得到的线性地图插入地形图中,接收3D激光扫描,将平面位置测得的两倍

高度与剖面方向信息进行比较,根据比较结果重新测试和分析,调整位置差异,以

保证地形结果的准确性。3)在上述测量分析中,3D激光扫描仪的测量不准确,未扫

描的区域,植被密集的区域需要根据补充测试的结果进行补充和改进,以确保累积

DEM的准确性和改进。这种地形测绘相对于稀有植被区域还需要一定的控制点设

置和数据采集分析,在具体的测量和分析中验证三维激光扫描结果和无人机点云

数据,以促进最终测绘结果的标准化和高精度。

此外，针对传统测量方法在异形建筑竣工测量中的不足、且会消耗大量的时

间和人力成本，可利用三维激光扫描技术进行建筑面积测量、立面图测制，采用

低空无人机航空摄影测量技术进行竣工地形图测量、三维模型与正射影像图制作，

解决了异形建筑物外业数据采集不易获取，内业面积计算不易划分等问题，提高

了工作效率

结束语

采用ＴｒｉｍｂｌｅＳＸ１０联合无人机融合测绘，进行工程建设全生命周

期测量，能充分利用现代高精尖仪器提高内外业数据采集的自动化程度，有效减

轻了内外业劳动强度，在提高测量精度的同时还提高了工作效率。此外，经过数

据加工获得的丰富的三维数据成果，特别是在平、立、剖面图的绘制、精细模型

构建、异形建筑测绘方面，三维激光与无人机倾斜及贴近摄影、地面摄影空地一

体联合测绘方面较传统测量有明显优势。随着三维激光设备成本不断降低，三维

激光与无人机融合测绘的应用场景和范围将越来越广泛

参考文献

[1]王振立,缪鹏飞,余建军.基于三维激光扫描、无人机航测的三维地形测绘

技术融合研究[J].测绘与空间地理信息,2019,45(10):196-197+200.

[2]吴栋浩.基于无人机航测与三维激光扫描的工程地形测绘技术研究[J].贵

州地质,2019,39(03):300-304.

[3]闫魏力,张驰,王洛锋.无人机载三维激光扫描技术在露天矿山测量中的应

用[J].黄金,2019,43(08):41-44.

[4]曹广栋,韩帅.无人机倾斜摄影和激光扫描在竣工测量中的应用[J].北京

测绘,2019,36(01):90-96.

[5]蓝优.无人机测绘技术与三维激光扫描技术研究[J].智能建筑与智慧城

市,2019(09):109-110.

2024年4月25日发(作者：袭依波)

激光扫描与无人机空地一体融合测量应

用

摘要：激光扫描与无人机空地一体融合测量应用是近年来在测绘领域引起广

泛关注的技术。随着无人机技术的快速发展和激光扫描技术的成熟，这种融合测

量方法为地理信息获取和三维建模提供了全新的解决方案。本文旨在探讨激光扫

描与无人机空地一体融合测量应用的现状和前景。

关键词：激光扫描；无人机；融合测量

引言

3D激光扫描和无人机是地形测绘中常用的两种技术手段,它们在实际测绘中

有更广泛的应用。其中,用于地形测绘应用的3D激光扫描技术不仅可以实现对测

量区域的快速而广泛的扫描,工作方式灵活、快速、高效,而且还可以通过非接触

式测量来扫描陡峭的危险区域,最终获得高精度的测量结果。值得一提的是,3D激

光扫描技术在较厚植被区域的地形测绘分析中精度较低,测量覆盖范围不足。无

人机航空技术对地形测量和分析具有较高的效率,其数据处理在工业上更为方便,

对于地形条件较差的地区,不仅可以有效地补充泄漏扫描范围,还可以验证扫描数

据的准确性,确保地形测绘的完整性和测量结果的准确性。因此,将3D激光扫描

技术与无人机相结合,充分发挥其在3D地形测绘中的技术优势,促进地形测绘质

量和效率的提高,具有非常积极的作用和意义。本文在分析3D激光扫描和无人机

的技术原理以及数据采集和处理方法的基础上,探讨了基于3D激光扫描和无人机

的3D地形测绘的应用。

1三维激光扫描技术简介

3D激光扫描技术是20世纪90年代发展起来的一种快速获取三维空间信息的

新技术,也被称为现实复制技术,是继GPS技术之后制图领域的又一次技术革命。

3D扫描是光学、机械、电气和计算机技术相结合的新技术,主要用于扫描物体的

空间形状、结构和颜色,以获得物体表面的空间坐标。它的意义在于它可以将物

理对象的立体信息转化为数字信号,可以由计算机直接处理,为物理对象的数字化

提供了一种相当方便快捷的方法。与传统的单点测量方法相比,它具有非接触性,

自动化程度高,精度高,可以快速准确地进行目标区域的地形测量,并获得高图像

分辨率的数字高程模型(DEM)。目前主要用于三维建模、变形监测、地形测绘、

虚拟现实等。3D激光扫描仪在物体表面即时接收三维空间数据,称为点云数据,如

图1所示。根据操作平台的不同,扫描仪可分为空气扫描仪、地面扫描仪和便携

式扫描仪。3D地板激光扫描仪主要由激光扫描仪、数码相机、定位系统、软件管

理平台、内部校正系统和电源等配件组成。如图2所示,三维激光扫描仪通常使

用仪器的内部坐标系,XOY平面是水平平面,Y轴是扫描方向,Z轴是垂直方向,扫描

仪发送激光脉冲信号散射到物体表面,接收器接收激光脉冲信号沿同一路径返回,

同时测量水平扫描角度和每个激光脉冲的垂直方向角0。根据发送和接收之间的

时间差的原理,计算测量点和扫描仪之间的距离S。通过公式,可以确定坐标系中

对象的空间三维坐标。

图１三维激光扫描点云数据

图２三维激光扫描仪内部坐标系统

2工作原理

ＴｒｉｍｂｌｅＳＸ１０是集全站仪测量、影像和高速三维激光扫描于一体

的三维激光扫描仪，能够如全站仪一般采集所有测点的坐标及属性；其闪电３Ｄ

Ｍ是高精度全站仪测量和高速扫描能力的技术保障，扫描速度高达２６６００点

／ｓ，测程可达６００ｍ，具有同行业最小的点尺寸，即１００ｍ处仅１４ｍｍ；

可以采用控制器快速且容易地获取高分辨率工地影像，对目标影像直接测量且从

采集的影像中创建多种类型的数字化测量成果；使用ＴＩＬ技术在黑暗环境下快

速定位目标。首先利用ＴｒｉｍｂｌｅＳＸ１０采集点云数据，然后自动配准至

测量工作流程中，无论是从所设测站获取全穹顶扫描，还是仅扫描感兴趣的区域，

采集的信息都将进入统一的测量坐标系统中。近年来，无人机测绘飞速发展，因

其效率高、成果表现形式丰富，便于同其他地理信息数据融合，不断深化应用于

多个行业。无人机测绘的难点在于建筑密集处的底层或林下测绘。若能将激光三

维扫描同无人机成果相融合进行测绘，发挥两者的长处，弥补两者的短板，可在

一定程度上解决工程的实际问题。

3基于三维激光扫描与无人机航测的三维地形测绘技术融合研究

根据上述三维激光扫描和无人机空中数据的分析处理原则,以测绘某城市

1:500现状地形图为例,测量地形有山体、河流、房屋、和植被覆盖密集的测量范

围。在地形图生产中,采用了基于3D激光扫描和无人航空摄影相结合的作业方法,

通过以下工作流程采集了测量区域的点云数据,通过数据处理和分析,在制图和应

用方面取得了较好的效果。1)采用3D激光扫描技术对地形进行扫描,使3D激光

扫描仪无法扫描一些茂密的植被区域,避免了3D激光扫描仪测量结果的精度不足,

利用无人机填空照片,同时获得的无人机数据作为3D激光扫描云植被验证数据,

通过两种测量技术的相互补充,实现对地形点云数据的完整准确采集。2)使用

RiscanPro软件进行3D激光扫描,以记录和处理点云数据连接以及植被过滤,然后

创建DEM模型并绘制相应的高度线;从点云中采集无人机数据,然后使用

QuickTerrain软件根据点云的测量数据进行处理,将相同高度的1m绘制线性地图,

然后将得到的线性地图插入地形图中,接收3D激光扫描,将平面位置测得的两倍

高度与剖面方向信息进行比较,根据比较结果重新测试和分析,调整位置差异,以

保证地形结果的准确性。3)在上述测量分析中,3D激光扫描仪的测量不准确,未扫

描的区域,植被密集的区域需要根据补充测试的结果进行补充和改进,以确保累积

DEM的准确性和改进。这种地形测绘相对于稀有植被区域还需要一定的控制点设

置和数据采集分析,在具体的测量和分析中验证三维激光扫描结果和无人机点云

数据,以促进最终测绘结果的标准化和高精度。

此外，针对传统测量方法在异形建筑竣工测量中的不足、且会消耗大量的时

间和人力成本，可利用三维激光扫描技术进行建筑面积测量、立面图测制，采用

低空无人机航空摄影测量技术进行竣工地形图测量、三维模型与正射影像图制作，

解决了异形建筑物外业数据采集不易获取，内业面积计算不易划分等问题，提高

了工作效率

结束语

采用ＴｒｉｍｂｌｅＳＸ１０联合无人机融合测绘，进行工程建设全生命周

期测量，能充分利用现代高精尖仪器提高内外业数据采集的自动化程度，有效减

轻了内外业劳动强度，在提高测量精度的同时还提高了工作效率。此外，经过数

据加工获得的丰富的三维数据成果，特别是在平、立、剖面图的绘制、精细模型

构建、异形建筑测绘方面，三维激光与无人机倾斜及贴近摄影、地面摄影空地一

体联合测绘方面较传统测量有明显优势。随着三维激光设备成本不断降低，三维

激光与无人机融合测绘的应用场景和范围将越来越广泛

参考文献

[1]王振立,缪鹏飞,余建军.基于三维激光扫描、无人机航测的三维地形测绘

技术融合研究[J].测绘与空间地理信息,2019,45(10):196-197+200.

[2]吴栋浩.基于无人机航测与三维激光扫描的工程地形测绘技术研究[J].贵

州地质,2019,39(03):300-304.

[3]闫魏力,张驰,王洛锋.无人机载三维激光扫描技术在露天矿山测量中的应

用[J].黄金,2019,43(08):41-44.

[4]曹广栋,韩帅.无人机倾斜摄影和激光扫描在竣工测量中的应用[J].北京

测绘,2019,36(01):90-96.

[5]蓝优.无人机测绘技术与三维激光扫描技术研究[J].智能建筑与智慧城

市,2019(09):109-110.