最佳实践：千巡翼Q30+机载LiDAR在水域三维数据采集中的应用

机载LiDAR是近年来兴起的获取高精度地理信息数据的重要手段，具有成果精度高、数据生成快、植被穿透强等特点，日益受到作业单位的青睐。

 

2022年7月份，千寻位置数字网格合作伙伴携千巡翼Q30复合翼无人机、QX-1845R机载LiDAR赴山东泰安某流域进行高精度地形数据获取，仅飞行一架次约46分钟便获取了6km²高精度点云和正射影像数据！

 

测区概况

项目地点位于山东省泰安市，地处平原，现场无高落差山峰及建筑物。测区为长度10公里的带状河流，河道最宽处近400米，两岸村庄房屋较多，植被茂密，测区范围见下图：

 

测区概况

成果要求

提交成果：真彩色点云、正射影像图

坐标系：CGCS2000，1985高程

精度要求：点云精度平面与高程中误差优于10cm；正射影像图平面中误差优于10cm

项目工期：2天

其他要求：点云地面点密度优于8pt/m²，正射影像图地面采样距离优于8cm。

设备选择

考虑到该项目时间紧，任务重，普通旋翼无人机挂载入门级激光雷达需要作业2~3天，同时由于穿透性差，难以满足点云地面点数要求。故选择千巡翼Q30挂载QX-1845R机载LiDAR“牛刀小试”，这套系统优势如下：

 

强穿透：激光器无穷次回波，1845超长测程，轻松穿透两岸植被；

高效率：千巡翼Q30挂载1845RK机载LiDAR最长作业时间2小时16分钟，单架次理论最大作业面积不小于15km²；

免基站：支持无基准站功能，无需测量基准站，无需架设中继基站，操作方便简单，即可完成大面积与超长带状测区作业；

一站式后处理：一个中文软件内向导式完成轨迹解算、点云生成、赋色处理等工作，上手简单，使用友好；

真正射：通过高精度激光雷达点云数据，即使旁向重叠率30%也能完成正射纠正，生成TDOM真正射影像；

模块化：载荷舱采用模块化设计，可适配多种载荷，现场秒级自由切换载荷舱；

更安全：采用三余度安全飞控，多个传感器互相独立工作，互为备份稳定可靠

 

主要技术指标如下：

可搭载全画幅倾斜相机（左）可搭载长测程激光雷达（右）

            SUV汽车可装下，运输方便

 

现场装备完成图

航摄参数设置

飞行相对航高240m，巡航速度20m/s，航带间距120m，按照带状航线作业，作业面积6.02km²。飞行一个起落，共计46分钟。

 2D/3D航线分屏显示功能

 

航线安全自动检查

 

安全电子围栏

千巡翼Q30采用安全电子围栏模式，内置三冗余安全模块，保证固定翼在安全范围内飞行，并且随时跟踪飞机的地理信息位置，安全性更高。

数据处理

激光雷达点云生成采用QX-PCP软件。软件为全中文界面、向导式流程，一站式完成航迹解算、点云解算、点云处理等工作。

 

分钟级点云生成界面

数据成果

软件后处理部分具有点云编辑、渲染、去噪、分类、直接赋色等常用功能。去噪分类后点云如下所示。

 

分类后点云

 

处理后真彩色点云

 

雷达自带全画幅相机，获取点云的同时，可以获取到正射影像，让外业效率翻倍。下图是正射影像局部，细节清楚、色彩一致、效果良好，满足数字化地图需求。

 

局部DOM

成果评价

QX1-1845RK激光雷达，以其较长的测程和较高点密度的特点，表现出非常优秀的穿透能力，河道两岸的各类植被、庄稼等悉数被穿透，点云分类滤波后可以直接得到地面高程。

 

植被穿透性

 

地面点平均点云密度为18个/米²

 

整套方案以强耦合的方式连接，运行稳定性较好，最终得到成果点云厚度较薄，小于5cm，同时对点云精度有较好的保证，可以轻松达到1:500要求，如下图所示。

 

 点云厚度在8cm左右

 

精度检查高程中误差为4.7cm

项目总结

（1） 本次作业数据成果完全满足项目要求，所获取的数据从点密度和高程中误差点云精度已达到1:500要求；

（2） 长带状地形区区域作业，依赖平台的带状飞行能力，单架次作业航程可达140公里，按照240米航高，120米航带宽，单架次作业面积可达15平方公里；

（3） 点云厚度在5cm左右，且点云比较均匀，真彩色赋色速度快无错位； 

（4） 本次数据通过自研的点云后处理软件进行自动分类、手动精细分类提取地面点，制作DLG线划图；

 

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