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1、无人机激光雷达无居民海岛地形地貌测绘测量方案*目录一、概述41.1 工程名称41.2 测量时间41.3 测量原理41.4 测量范围及测量内容5141测量范围51.4.2测量内容61.5 管理体系61.6 测绘资源配备61.6.1 人员配置61.6.2 设备配置61.6.3 软件配置71.6.4 交通配置71.6.5 主要设备性能参数71.6.5.1 轴多旋翼参数71.6.5.2 激光雷达性能参数81.6.5.3 IMU性能参数9二、无人机激光雷达测量依据及设计原则102.1 无人机激光雷达测量依据102.2 设计原则Il三、无人机激光雷达测量设计H3.1 测量技术要求Il3.1.1 平面坐标系
2、113.1.2 高程系统113.1.3 点云密度123.1.4 点云数据高程精度要求123.1.5 飞行天气、场地、高度、速度要求123.1.6 其他要求123.2 地面GPS基站架设123.3 任务航线设计133.3.1 检校场设计13331.2检校场地面控制点布设及测量要求143.3.2航线设计143.4 磁罗盘的校准153.5 无人机的实验性飞行163.6 无人机搭载设备后的检查163.7 无人机作业前的“8字飞行（IMU累计误差的消除）183.8 无人机的正常飞行（航线飞行）19四、内业处理204.1 数据准备204.1.1 原始数据下载204.1.2 PoS数据解算204.1.3 原
3、始点云数据与PoS数据联合解算204.1.4 雷达数据处理20五、提交成果21六、质量、安全、环境、信息安全管理要求216.1 质量管理要求216.2 职业健康安全管理要求226.2.1 安全隐患分析226.2.2 安全生产保证体系226.2.3 安全生产管理岗位及职责226.2.4 安全生产措施236.3 环境管理要求236.3.1 环保目标236.3.2 环境保护保证体系236.3.2.1 组织保证236.3.2.2 技术保证236.3.3 环境保护措施246.4 信息安全管理要求247、费用预算24无人机激光雷达无居民海岛地形地貌测绘测量方案、概述上海市无居民海岛包括九段沙的江亚南沙、崇
4、明岛附近的冲击沙岛：白加沙，东风东沙，东风西沙，三星西沙，三星东沙等。这些冲击沙岛屿包含，沼泽，芦苇等影响加大测量难度，增加测量人员危险的情况。为了掌握无居民海岛的地形地貌特征，为海岛管理与开发提供依据。*对上述6个冲击沙岛进行无人机激光雷达（Lidar）进行地貌测绘。1-1工程名称无人机激光雷达无居民海岛地形地貌测绘。1.2 测量时间计划测量时间：2016年10月。1.3 测量原理无人机激光雷达系统是以无人机（UnmannedAerialYOloI（T八Y）为平台。主要由激光测距仪、GPS以及IMU三个基本的数据采集系统构成。激光扫描仪安装在飞机的下端，用于向地面发射激光脉冲，并采集信号从发
5、出到返回所用的时间信号，返回时的强度信息以及扫描的角度信息，光速是已知的，由于GPS可以测得平台的坐标位置，再加上IMU所获得的飞机的姿态信息，因此，可以很容易地计算得出激光所达到的地面与激光发出点间的距离。GPS和IMU用于确定飞机飞行时的位置和姿态，从而定义了距离测量值的原点，经过坐标变换等计算，可以较精确地获得激光所到达地表面的三维坐标信息。无人机激光雷达系统工作原理如图1所示图1-2无人机激光雷达系统工作原理1.4 测量范围及测量内容1.4.1 测量范围江亚南沙，白的沙，东风东沙，东风西沙，三星西沙，三星东沙。位置如图1-1所示。无人机测量的陆域包括海岸线（平均大潮高潮位时海陆分界的痕
6、迹线），面积范围如图1所示，测绘范围总面积7.75km2,各冲击沙岛的测量面积如表1-1所示。图1-1冲击沙岛位置图序号比例尺岛礁名称高程（米）陆域测量范围面积（km?11:1000白菊沙3.30.8621:1000东风西沙4.53.8831:1000东风东沙4.11.0641:1000三星西沙3.00.0451:1000三星东沙3.00.2561:1000江亚南沙3.31.641.4.2 测量内容冲积岛1:1000的无人机激光雷达测量。1.5 管理体系*QMSEMSOHSMSISMS一体化管理体系1.6 测绘资源配备1.6.1 人员配置计划此次测量总共投入6人，其中：测量项目负责人1人；机长
7、1名、飞手1名；内业处理及成图3人。1.6.2 设备配置根据现场的实际情况拟投入的主要设备，如表2所示。表1-2拟投入的测量设备及相关材料清单序号名称单位技术规格数量18轴多旋翼无人机台北斗星通XYW-30012Novatel基准站套NovatelProPak613激光雷达台VelodyneVLP-32E14POS系统主机套NovatelSPAN-Sl15数据储存控制板台双天线LiAirOne16高性能PC机台Lenovo21.6.3 软件配置无人机外业与内业软件表1-2表1-2拟投入的测量设备及相关材料清单序号名称单位技术规格数量1雷达数据外业采集，预处理套Li-acquire12无人机地面
8、站套Lidar-UAV13PPK后处理软件套InertialExplore14基准站设置软件套NovatelConnect15雷达数据处理软件套Microstation&TerraSolid11.6.3交通配置根据测量对象所处的环境情况，配备交通船1艘、交通运输车1辆。1.6.4 主要设备性能参数1.6.4.1轴多旋翼参数8轴多旋翼无人机如下图1-2,其性能指标参数如表1-3所示。表1一3图1二28轴多旋翼无人机8轴多旋翼无人机性能参数序号技术参数具体数据1机型名称XYW-3002无人机轴距2000mm3旋翼直径30寸碳桨4动力电池6s16000Mall6块5全机重量IOkg6最大起飞重量3O
9、-35Kg7载何Load载重Wkg8航时40min9航程IOKM10航线规划支持智能航线飞行164.2激光雷达性能参数激光雷达如图1-3,其性能指标参数如表1-4所示。图1-4激光雷达表1-5激光雷达性能参数序号技术参数具体数据1激光类别一级安全激光2激光波长905nm3工作原理脉冲测距4测距范围l-70m5传感器参数32线6垂直视角-30.6740.677水平视角3608转速IOHZ-20HZ9工作温度-1006010存储温度-40010511测距精度2cm(1sigma25C)12竖直角分辨率1.3313水平角分辨率0.16600rp14电源12V2Amps15工作电压9-12VDC16冲
10、击:振幅500msec217震频5-2000Hz,3Grms18防水防尘TP6719测速700,000p/s20平面精度WlOcm(1sigma25m)15cm(1Sigma50In)21高程精度WlOcm(1sigma25U)15cm(1Signla5OnI)22时间同步系统满足POS与激光扫描仪的数据采集同步23存储控制系统独立按钮控制激光扫描仪、储存模块、POS工作。满足POS和激光扫描仪数据的存储要求，支持网口或者无线方式下载数据。1643lMU性能参数IMU如图I-4,其性能指标参数如表1-5所示。图1-4IMU表1-6IMU性能参序号技术参数数具体数据1陀螺仪测量范围400o/s2
11、陀螺仪随机游走0.15o/hr3陀螺仪零点漂移0.5o/h4加速度计测量范围10g5加速度计测量偏差0.05mg6加速度计随机游走0.06ms/hr7工作电压10-30VDC8功耗6W8尺寸152mmX142mmX50mm9重量540g10工作温度-40o+65o11存储温度-50o-80o二、无人机激光雷达测量依据及设计原则2.1 无人机激光雷达测量依据本工程测量合同;(2) *QMSEMSOHSMSTSMS一体化管理体系；(3) *无人机安全管理规定(试行)；(4)机载激光雷达数据获取技术规范(CHT8024-2011)；(5)机载激光雷达数据处理技术规范(CHT8023-2011)；(6
12、)数字航空摄影测量测图规范第1部分1：500,1：1000,1：2000数字高程模型数字正射影像图数字线划图(CHT3007.1-2011)；(7)全球定位系统GPS测量规范(GB/T18314-2009)；(8)测绘技术设计规定(CH/T1004-2005)；(9)测绘成果质量检查与验收(GB/T24356-2009)；(10)测绘作业人员安全规范(CH1016-2008)；(11)无人机航摄安全作业基本要求(CHZ3001-2010)O2.2 设计原则无人机测量应结合本工程的天气状况、地形、地质条件，施工要求等因素综合考虑，测量方案既要实用有效，又要经济合理；测量的等级、周期、方法的选择、
13、各项观测精度指标既要满足相应规范要求又要符合实际情况。(1)本项目包括无人机激光雷达(Lidar)测量。测量以及内业实施要严格按照规范要求；(2)尽量保持等权观测，即定设备，人，航线等。(3)设备的选择应遵循以下原则：1)设备的可靠性和稳定性良好。2)激光，POS有足够的测量精度、灵敏度及相应量程。3)无人机现场使用方便、简单、安全。三、无人机激光雷达测量设计3.1 测量技术要求3.1.1 平面坐标系平面坐标系：采用2000大地坐标系。3.1.2 高程系统高程系统：1985国家高程基准。3.1.3 点云密度表3-1点云密度要求分幅比例尺1：1OOO数字高程模型成果格网间距/米1.D点云密度”点
14、来与-43.1.4 点云数据高程精度要求点云密度要求如表3-2。本项Fl的测区处于植被茂密、反射率较低的区域等困难区域，点云数据高程中误差可是当放宽05倍。表3-2点云数据高程精度要求匕例尺地方类别敕宇高程模型成果高程口遮羞点二It揖高程中果蓑1:1-MO就0.20.15.丘暧地Q5必3B山地:.7C.5)而山庄L.5tn3.1.5 飞行天气、场地、高度、速度要求不能在大雾天、雨天、雷暴天气、风力超过6级的大风天等天气进行飞行。不能在禁飞区域地区飞行。飞行高度50m,飞行设计速度4.8mso3.1.6 其他要求按照机载激光雷达数据获取技术规范（CHT8024-2011）要求执行。3.2 地面G
15、PS基站架设为保证POS系统的定位精度，在航摄飞行前30分钟，需要在测区附近（距离小于30km）建立GPS基准站，基准站上架设高精度GPS信号接收机（本套系统配备的是与无人机POS系统的GPS接收机是相同品牌），该接收机与无人机PoS的GPS同步记录。后处理中利用PPK后处理差分技术解算出无人机的精确位置。GPS基准站布设原则：1）远离大功率的无线电发射源、距离高压输电线距离大于50m；2）站点附近交通、供电、通讯条件良好，便于联络和数据传输；3）站点附近视野开阔、地质稳定、易于保存；4）人员稀少或不易到达的地方，避免闲杂人滋扰；5）符合GPS控制测量要求，最好布设在已知点上。3.3 任务航线
16、设计1 3.1检校场设计每次安装激光雷达时，其对应的坐标系轴线可能与飞机坐标系的轴线完全一致，存在roll（横滚角），pitch（俯仰角），heading（航偏角）3个方向的定向误差。所以必须在现场进行检校场的飞行，检校场的布设如下图15。现场检校的方法如下:2）Ron角的校准同一条航线来回（如图1-5中C-D,D-Oo2 ）PitCh角的校准选择突出物体（如房子，堤坝，斜坡等），同一条航线来回（如图1-5中C-D,D-Oo3 ）heading角的校准选择突出物体（如房子，堤坝，斜坡等），两条平行且同向飞行的航线（如图1-5中A-B,C-D）o为了验证校准值的有效性,E-F航线垂直于A-B,进
17、行交叉内符合比对做差值,差值在0.15Cm以内的90%。4 .3.1.2检校场地面控制点布设及测量要求1）在检校场内布设地面控制点（含检查点）进行控制点测量；地面控制点（含检查点）宣布设为一个平面或一条直线，可按数据高程模型格网间隔的5倍（1:1000比例尺为5m）进行布设。2）用于高程精度检校的控制点应布设在裸露的平坦地面上；平面精度检校的控制点需要时可布设为三维地面标志点。3）地面控制点平面精度应不低于E级GPS点的精度要求，高程精度不低于等外水准的精度要求。外符合精度要求参考表3-2的内容。332航线设计无人机航高为50m,保障30%的重叠度，航线间距为70mo航线方向根据实地情况而定。
18、航线设计可以在测量实施前或者现场进行规划。利用地面站软件生成相应测区的测线。图37地面站软件测线生成3.4磁罗盘的校准当无人机长期不用，或者无人机飞行明显的方向不正确则需要进行磁罗盘校准。无人机磁罗盘校准图示如3-2,以及步骤如下：1.遥控器切到手动模式，油门收到底。2 .进入软件的磁罗盘校准界面。3 .分别进行水平磁罗盘与垂直罗盘校准如上图所示。4 .校准质量判断如图l-7o优价格罗盘校准质量判断不介格图3-33.5 无人机的实验性飞行每次作业前必须进行无人机的无挂载设备的实验性飞行，以检验无人机的飞行性能：是否飞行稳定，点击平衡性与实际油门位是否正常，无人机是否能够接收到地面站的指令并能正
19、确的飞行。3.6 无人机搭载设备后的检查当无人机进行实验性飞行确定飞机平台没有故障之后，这个时候把搭载设备（激光雷达）挂载在无人机上。接通雷达探头的电源，观察指示灯情况：图3-6接通电源后的IMU指示灯状况灯关开3m2(0YYw2(04eo240k123220f2001tcrvtd.e*3喘IIiXXr.is.29fl33BIMLISMtMlR5j9rarjQ3(UJhll.6L5E1UllSUDCS315WHt-L6ftH6HtciSti0.838244KrinirX:338434板通0.3W43TUaHkIXBQlUtacwvc,Looptlc.)623LeBsSt4:041029图3-5
20、Li-acquirestatus界面当status界面中的RollStd,pitchStd,AzimuthStd精度较高（VO.1）时，开始采集激光雷达数据，地面站软件可以指示飞机执行进入航线，采集测量数据。3.8 无人机的正常飞行（航线飞行）需注意地面站软件所反映出来的警告和报警信息，尤其注意电池电量信息。3.9 无人机降落降落之前需要“8”字绕飞。无人机的降落于起飞都必须进过人工手动起飞降落，操控手必须持有AOPA颁发的驾驶员以上合格证。降落之后，IMU,激光雷达需要静止3分钟后雷达设备关机，基准站关机。内业处理4.1 数据准备4.1.1 原始数据下载使用Li-Acquire软件通过RJ4
21、5网线接口连接激光雷达控制盒导出激光雷达原始数据；使用NOVAtelConneCt软件通过USB接口从基站控制盒中导出基站数据。数据导出后通过软件打开，验证其完整记录了整个飞行任务的数据。4.1.2 POS数据解算通过无人机机载POS系统所获得的数据与基站获得的GPS数据利用InertialEXPIOrer软件进行联合解算处理，可以获得满足点云处理要求的每一个事件点无人机的准确位置信息与姿态信息。4.L3原始点云数据与PoS数据联合解算将导出的POS数据导入Li-Acquire软件，软件可以识别导入的POS数据，并可以使用Pe）S数据解算出具有准确姿态位置的点云，满足后续作业处理要求。4.1.
22、4雷达数据处理采用激光雷达数据处理软件TerraSolid平台，首先通过设置合理的绝对高程限差值来过滤掉噪声点，如：鸟，空中扬尘，跳点等，经过滤波之后的激光点可以直接生成数字表面模型（DSM）。然后利用激光分类算法对激光点云数据进行分类，先进行粗分类，将植被，建筑物，电力设施等地物数据与地表数据进行分离，实现对地表数据的提取；再结合植被多次回波特点和相关算法进行精细分类和建筑物等不同地物信息。采用TerraSolid的分离Groud的算法过滤掉非地形信息，生成最终的DEM,等高线等数据信息。成果可以输出为XYZ,LAS,TXT等信息。五、提交成果（1）原始POS数据、雷达数据、基准站数据；（2
23、）DEM数据（XYZ,LAS,TXT格式）；（3）点云数据精度报告；（4）技术设计书；（5）技术总结；（6）检查报告与验收报告；（7）其他相关资料。六、质量、安全、环境、信息安全管理要求6.1 质量管理要求各测量人员严格按照质量相关要求开展测量和资料整理工作，严格执行相关测量规范；每天外业结束后，及时安排内业处理，做好资料的互检与审核工作；成果资料必须经过公司质量事业部及副总工程师审核方可对外交付。为达到质量管理要求，我项目组承诺如下：要切实重视成果质量，对不合格的测量数据坚决予以否定，推倒重来；要严格按照工程进度要求施工，并严格遵守操作规程，确保按时完成；进行工序管理控制。严格抓好各道工序间
24、的过程控制，以保证第一手资料和数据的真实可靠。6.2 职业健康安全管理要求按照职业健康安全管理要求体系要求，根据该测量工作的全过程，结合测量分队已经识别的危险源情况，对新增加的危险源进行识别并进行风险评估，对重要危险源严格按照体系要求进行控制。6.2.1 安全隐患分析1）工作量大、时间紧、作业区域涵盖陆域和水域。2）为了保证安全生产，我们将与业主及有关部门加强沟通联系，充分发挥我公司安全管理的经验和优势，针对上述安全隐患制订相应的应对措施，以保证安全生产。6.2.2 安全生产保证体系配备专职安全人员，并实行如下安全生产责任制：各作业人员均与公司签订安全责任承诺书。项目负责人作为安全第一责任人,
25、对所有参与作业人员进行安全技术交底，明确各自安全责任，落实各项安全防范措施。623安全生产管理岗位及职责1）项目负责人为安全生产第一责任人，对安全生产负领导责任。专职安全员作为安全生产分管负责人，协助安全生产第一责任人对安全生产负具体的领导责任。2）专职安全员制订并检查、督促实施安全措施，组织开展安全教育、培训及安全管理活动。3）专职安全员在每天开工前对队员的防护情况，仪器设备，生产工具以及工作地点和工作环境的安全设施进行详细的检查，发现问题及时纠正或上报，以便迅速处理。6.2.4安全生产措施1）严格遵守国家和地方的安全生产法律法规，遵守公司安全生产管理规定和突发生产安全事故应急、救援处置实施
26、细则等规章制度。2）在编制测量技术方案的同时编制和发布安全生产作业指导书，并进行安全措施书面交底。3）自觉遵守交通规章制度，测量作业时穿着反光条衣服并尽可能靠近侧边进行，防止阻碍交通。4）堤外作业时，提前查看预报潮位，测量时要时刻关注潮水情况，防止造成人员被困或者仪器设备被水打坏。6.3 环境管理要求严格按照环境管理体系要求进行环境管理，根据本工程性质和特点对能够控制及可以施加影响的环境因素的识别、评价、对评价结果形成重大环境因素清单,并制定“环境目标、指标及其实施方案”在测量全过程予以控制。6.3.1 环保目标减少污染、杜绝浪费。632环境保护保证体系6.3.2.1 组织保证成立以项目负责人
27、为第一责任人的环境保护工作领导小组。6.3.2.2 技术保证在施测期间，定期对全体队员进行环保法规、环保知识教育，提高人员的环保意识和环保知识水平，施测中随时检查落实情况。6.3.3环境保护措施1）严格执行各项环卫管理制度，使生产、生活场所达到整洁有序，协调美观，形成一个整体的优良环境。2）禁止随意抛撒垃圾，作业完成应及时清理作业时留下的生活垃圾，禁止抛入大海。3）严格按照作业程序及测量技术方案进行作业，合理调度车辆，尽量避免重复工作。6.4信息安全管理要求严格按照公司信息安全管理体系要求进行信息安全管理，所有测量资料数据及存储均按照要求严格控制，不得对业主外单位或者个人提供本项目的成果资料。7、费用预算
